_____________________________________________________________________________

RAM Advanse ™ Versión 9.0 _____________________________________________________________________________ Edición 2007

Manual _____________________________________________________________________________

DAA036950-4/0001

Marcas registradas

Microsoft, Windows, Excel y Word son marcas registradas de Microsoft Corporation en los Estados Unidos de Norteamérica y en otros países.

La compra del presente programa y sus documentos no le proporcionan ninguna licencia sobre las anteriores marcas, patentes, derechos de copia, o cualquier otra propiedad intelectual implícita.

This program contains Adobe® Flash® Player software by Adobe Systems Incorporated, Copyright © 1996 – 2007 Adobe Systems Incorporated. All Rights Reserved. Adobe and Flash are either trademarks or registered trademarks in the United States and/or other countries.

Advertencia

Tanto la ley de derecho de copia de los Estados Unidos de Norteamérica como los tratados internacionales protegen este software y toda su documentación. Se prohibe cualquier tipo de reproducción total o parcial bajo pena civil y penal. Por favor, refiérase al Contrato de Licencia para realizar cualquier copia de respaldo de los programas. Usted no puede vender ni pasar a otra persona este programa o cualquier documentación relativa al mismo sin autorización escrita previa.

A excepción de las garantías expresas dadas en el Contrato de Licencia, Bentley Systems Incorporated niega todo tipo de garantías expresas o implícitas, incluyendo pero no limitando, a las garantías implícitas de comerciabilidad y aplicabilidad a un propósito especial con respecto al software, los documentos y cualquier hardware anexos. Todos los resultados deben ser verificados por el usuario. El contenido de la documentación adjunta puede incluir inexactitudes técnicas o errores tipográficos y pueden ser cambiados sin previo aviso.

Copyright 2007, Bentley Systems, Incorporated. Todos los derechos reservados.

Marcas registradas: RAM Advanse y RAM Connection son marcas registradas o no registradas o de servicios de Bentley Systems, Incorporated o son propiedad de una de sus directas o indirectas

subsidiarias. Otras marcas o nombres de productos son marcas registradas de sus respectivos dueños.

TABLA DE CONTENIDOS

MARCAS REGISTRADAS ....................................................................................................3

ADVERTENCIA .....................................................................................................................3

INTRODUCCIÓN .................................................................................................................17 ¿Cómo aprender RAM Advanse?................................................................................................................17 Principio de interacción con el usuario .....................................................................................................17 Diseño en RAM Advanse .............................................................................................................................17 ¿Dónde encontrar ayuda? ...........................................................................................................................18 ¿Cómo reportar errores? .............................................................................................................................18 RSSFeed ........................................................................................................................................................19 Nuevas características.................................................................................................................................20

CAPÍTULO 1: VISTA GENERAL.........................................................................................23 Ventana principal ..........................................................................................................................................23 Explorador de datos .....................................................................................................................................24 Unidades........................................................................................................................................................26 Introduciendo Nudos, Miembros y Placas .................................................................................................27

¿Cómo crear nudos?................................................................................................................................................... 28 Nudos de extremo de miembros físicos ................................................................................................................. 29 Herramientas de generación de nudos.................................................................................................................. 29 Ingreso de coordenadas en una planilla Excel...................................................................................................... 29

¿Cómo crear miembros? ............................................................................................................................................ 30 Seleccionando los nudos ....................................................................................................................................... 30 Conectando los miembros ..................................................................................................................................... 31 Plantillas (Templates) ........................................................................................................................................... 32

¿Cómo crear placas? .................................................................................................................................................. 32 Asignando propiedades a nudos, miembros, y placas ............................................................................33

Seleccionando los elementos...................................................................................................................................... 33 Introduciendo la información en la planilla ............................................................................................................... 33

Agrupando miembros y placas ...................................................................................................................35 Condiciones y combinaciones de carga ....................................................................................................37

Generando combinaciones en forma automática........................................................................................................ 37 Introduciendo cargas para una condición de carga .................................................................................................... 37

Graficando los datos y resultados..............................................................................................................38 Zoom y rotación............................................................................................................................................40 Paneo .............................................................................................................................................................41 Seleccionando y ocultando elementos ......................................................................................................41 Otras operaciones importantes...................................................................................................................41

Comando Undo .......................................................................................................................................................... 41 Borrando elementos ................................................................................................................................................... 41 Borrando el contenido de una planilla (propiedades) sin borrar el elemento ............................................................. 42 Borrar elementos duplicados y nudos sueltos ............................................................................................................ 42 Segmentado de elementos .......................................................................................................................................... 42

Configurando la interfase ............................................................................................................................42 Configuración General .................................................................................................................................45 AVW Conversor.............................................................................................................................................46

CAPÍTULO 2: EJES LOCALES Y GLOBALES ..................................................................47 Sistemas de coordenadas ...........................................................................................................................47 Ejes Globales ................................................................................................................................................47 Ejes locales ...................................................................................................................................................47 Ejes principales.............................................................................................................................................48

Rotando elementos ......................................................................................................................................48 Rotando 90 grados o 180 grados ................................................................................................................................48 Rotando un ángulo diferente a 90 grados o 180 grados..............................................................................................50 Haciendo que un eje local sea paralelo a un eje global...............................................................................................50 Haciendo que un eje local apunte a un nudo específico .............................................................................................51 Haciendo que un eje local tenga la misma dirección que un vector formado por dos nudos......................................52

Ejes principales de inercia ..........................................................................................................................54 Restricción lateral a torsión ........................................................................................................................54

CAPÍTULO 3: CAPÍTULO 3: MIEMBROS FÍSICOS, SEGMENTACIÓN, DEPURADO Y ROTACIÓN DE ESTRUCTURAS........................................................................................ 57

Miembros físicos y segmentación..............................................................................................................57 Depuración del modelo................................................................................................................................62 Rotar la estructura........................................................................................................................................64

CAPÍTULO 4: ARTICULACIONES Y ELEMENTOS SÓLO A TRACCIÓN ........................ 67 Articulando elementos en ambos extremos..............................................................................................67 Articulando elementos en un solo extremo...............................................................................................68 Rigidizando los elementos ..........................................................................................................................69 Miembros sólo a tracción (Tension only) ..................................................................................................70 Pre-tesado de cables....................................................................................................................................71

CAPÍTULO 5: PUNTOS CARDINALES, CACHOS RÍGIDOS, DIAFRAGMA RÍGIDO Y PRESIÓN SOBRE MIEMBROS .......................................................................................... 73

Puntos cardinales.........................................................................................................................................73 Cachos rígidos..............................................................................................................................................74 Vigas a tope...................................................................................................................................................78 Algunos consejos con relación al uso de cachos rígidos y puntos cardinales ....................................81 Uso simultáneo de articulaciones y cachos rígidos.................................................................................83 Diafragma rígido ...........................................................................................................................................83

Introduciendo Diafragma rígido .................................................................................................................................84 Presiones sobre miembros .........................................................................................................................85

CAPÍTULO 6: CREANDO SECCIONES Y MATERIALES ................................................. 87 Creando nuevas secciones .........................................................................................................................87 Nombres de secciones ................................................................................................................................89 Conjuntos de secciones ..............................................................................................................................89 Parámetros para el diseño de miembros de acero ...................................................................................90

Restricción lateral a la torsión ....................................................................................................................................90 Secciones variables .....................................................................................................................................91 Creando materiales ......................................................................................................................................94 Importando y exportando secciones y materiales....................................................................................95

CAPÍTULO 7: PLANTILLAS DE ESTRUCTURAS............................................................. 99 Plantillas ........................................................................................................................................................99 Ejemplo 1: Creando una cercha..................................................................................................................99 Ejemplo 2: Creando una estructura completa.........................................................................................104 Completando información .........................................................................................................................109

CAPÍTULO 8: VARIOS TEMAS ADICIONALES .............................................................. 111 Generación de combinaciones de carga .................................................................................................111 Soportes elásticos......................................................................................................................................113 Desplazamientos prescritos......................................................................................................................114 Peso propio .................................................................................................................................................115 Cargas térmicas..........................................................................................................................................116 Generación de nudos.................................................................................................................................116

Copiar nudos ............................................................................................................................................................ 118 Generación lineal de nudos ...................................................................................................................................... 119 Generación Cuadrática de nudos.............................................................................................................................. 119 Generación Circular de nudos.................................................................................................................................. 120

CAPÍTULO 9: ANÁLISIS ...................................................................................................123 Introducción ................................................................................................................................................123 Elemento lineal............................................................................................................................................124

Elemento placa......................................................................................................................................................... 126 Diafragma Rígido ........................................................................................................................................127 Análisis P-Delta...........................................................................................................................................127

¿Qué es el efecto P-Delta? ....................................................................................................................................... 127 Efecto P-delta (minúscula)....................................................................................................................................... 128 Efecto P-Delta (mayúscula) ..................................................................................................................................... 128 Métodos de cálculo del efecto P-Delta..................................................................................................................... 128 Cálculo iterativo del Efecto P-Delta......................................................................................................................... 129 Análisis P-Delta de combinaciones de carga ........................................................................................................... 130 Análisis dinámico y P-Delta..................................................................................................................................... 130 Opción para descartar los efectos P-Delta de miembros con cargas en tramo ......................................................... 130

Análisis no lineal (Incremental\Iterativo)..................................................................................................130 Análisis modal.............................................................................................................................................132 Referencias..................................................................................................................................................133

CAPÍTULO 10: ANÁLISIS SÍSMICO DINÁMICO..............................................................135 Análisis modal.............................................................................................................................................135 Determinación de los Esfuerzos Dinámicos............................................................................................137

Métodos de superposición modal............................................................................................................................. 137 Método CQC ....................................................................................................................................................... 137 Método SRSS ....................................................................................................................................................... 137 Método ABS......................................................................................................................................................... 137 Resultados de Sismo con signo............................................................................................................................ 137

Introduciendo masas..................................................................................................................................138 Cargas sísmicas..........................................................................................................................................139 Análisis sísmico..........................................................................................................................................141 Carga sísmica: aceleración del sismo y espectro de respuesta ...........................................................142 Combinaciones de carga ...........................................................................................................................142 Detalles constructivos ...............................................................................................................................142 Consideraciones sísmicas en RAM Advanse ..........................................................................................142 Análisis dinámico sísmico de edificios....................................................................................................143

Análisis .................................................................................................................................................................... 145 Graficación de modos (vibración libre)....................................................................................................145

CAPÍTULO 11: OPTIMIZANDO Y VERIFICANDO ESTRUCTURAS METÁLICAS Y DE MADERA ...........................................................................................................................147

Optimización y Verificación.......................................................................................................................149 Optimización............................................................................................................................................................ 149 Verificación.............................................................................................................................................................. 149

Bases de la Optimización ..........................................................................................................................149 ¿Cómo escoge RAM Advanse una sección óptima?..............................................................................150 Proceso de optimización ...........................................................................................................................150 Proceso de verificación .............................................................................................................................151 Deflecciones y deformaciones de la estructura ......................................................................................151 Optimización con otros criterios...............................................................................................................152 Sección apropiada no encontrada............................................................................................................152 Secciones con material distinto a acero o madera .................................................................................152 Secciones AISC-AISI ..................................................................................................................................152 Optimización con conjunto de secciones por defecto ...........................................................................152

CAPÍTULO 12: IMPRESIÓN DE GRÁFICOS Y REPORTES ........................................... 153 Datos de Geometría....................................................................................................................................153 Datos de Cargas .........................................................................................................................................153 Resultados del análisis..............................................................................................................................154 Análisis Dinámico.......................................................................................................................................154 Diseño de Acero .........................................................................................................................................154 Diseño de Hormigón Armado....................................................................................................................155 Diseño de Madera.......................................................................................................................................156 Lista de Materiales......................................................................................................................................157 Despiece de Barras ....................................................................................................................................157 Lista de juntas.............................................................................................................................................157 Diagramas de esfuerzos ............................................................................................................................157

Reportes....................................................................................................................................................................158 Ver en pantalla..........................................................................................................................................................159 Exportar diagramas a archivos DXF.........................................................................................................................160

Reportes ......................................................................................................................................................161 Comandos generales de impresión de reportes.........................................................................................................161 Modificar encabezado de los reportes ......................................................................................................................164 Reportes de los módulos de detallamiento ...............................................................................................................164

Impresión de Gráficos................................................................................................................................164 Cajetín de Impresión ..................................................................................................................................167

CAPÍTULO 13: IMPORTANDO Y EXPORTANDO DATOS.............................................. 169 Importación .................................................................................................................................................169 Exportación .................................................................................................................................................169 Archivos DXF ..............................................................................................................................................169 ¿Qué son los archivos DXF?.....................................................................................................................169 Exportando datos a un archivo DXF.........................................................................................................170 Importando datos de un archivo DXF.......................................................................................................170 Creando un archivo DXF............................................................................................................................171 Leyendo el archivo DXF.............................................................................................................................171 Archivos de RAM Structural System........................................................................................................172 Mayores diferencias entre el análisis de RAM Advanse y RAM SS ......................................................173 Importando archivos STAAD.Pro..............................................................................................................174 Importando archivos SAP2000..................................................................................................................175 Archivos SDNF............................................................................................................................................176 ¿Qué son los archivos SDNF?..................................................................................................................177 Mandando datos a un archivo SDNF........................................................................................................177 Mandando datos a RAM BasePlate...........................................................................................................178

CAPÍTULO 14: CÁSCARAS............................................................................................. 181 Introducción ................................................................................................................................................181 Elemento tipo placa....................................................................................................................................181 Aplicaciones para el modelo .....................................................................................................................183 Generación de cáscaras ............................................................................................................................185 Descripción .................................................................................................................................................187 Introduciendo el espesor de la cáscara ...................................................................................................189 Introduciendo claros en las placas...........................................................................................................189 Definiendo apoyos intermedios ................................................................................................................190 Definiendo ejes locales..............................................................................................................................191 Definiendo el grado de discretización......................................................................................................191 Asignando Materiales.................................................................................................................................192 Presión sobre placas .................................................................................................................................193 Discretizando placas..................................................................................................................................194 Determinación del refuerzo requerido por flexión en placas de hormigón armado ...........................198 Impresión de resultados ............................................................................................................................198 Esfuerzos en placas ...................................................................................................................................198

Fuerzas internas en nudos ........................................................................................................................200 Fuerzas en nudos .......................................................................................................................................201 Fuerzas en caras.........................................................................................................................................201 Diseño de placas de hormigón armado a flexión....................................................................................202 Contornos gráficos.....................................................................................................................................203

Tensiones en miembros (por omisión) ..................................................................................................................... 203 Esfuerzos en placas .................................................................................................................................................. 203 Fuerzas internas en nudos ........................................................................................................................................ 204 Refuerzo en placas de hormigón armado ................................................................................................................. 205 Smooth ..................................................................................................................................................................... 207 Envel y Max............................................................................................................................................................. 208 Esfuerzos en ambos lados de la placa ...................................................................................................................... 208

Referencias..................................................................................................................................................209 CAPÍTULO 15: CREANDO NUEVOS TIPOS DE SECCIONES CON SUS MACROS......211

Grupo de comandos generales:................................................................................................................214 Unidad por omisión.................................................................................................................................................. 214 Tipo de sección ........................................................................................................................................................ 214 Forma ....................................................................................................................................................................... 215 Código de la sección ................................................................................................................................................ 215

, Formulación para el diseño ............................................................................................................. 215 Conexión.................................................................................................................................................................. 216

Categoría....................................................................................................................................................... 217 Comentario............................................................................................................................................................... 217

Variables de sección ..................................................................................................................................218 Prop AskUser (Propiedades de pregunta para el usuario) ....................................................................219 Prop Section Shape (Propiedades de definición de la sección)............................................................220

Node (Nudo) ............................................................................................................................................................ 220 SetLine (inicio de líneas)...EndLine (fin de líneas).................................................................................................. 221 Segment (Segmento de línea)................................................................................................................................... 222 Rigid......................................................................................................................................................................... 222 SetSolid (Definir sólido) .......................................................................................................................................... 224 Bars y Bar ................................................................................................................................................................ 225 Join (Unión) ............................................................................................................................................................. 225 Closed ...................................................................................................................................................................... 226 Line (Línea) ............................................................................................................................................................. 227

CAPÍTULO 16: CREANDO PLANTILLAS DE ESTRUCTURAS ......................................229 Creando el archivo TPL..............................................................................................................................230

Conceptos generales sobre el archivo TPL .............................................................................................................. 230 TITLE ...................................................................................................................................................................... 230 DIMENSION ........................................................................................................................................................... 231 VARIABLES ........................................................................................................................................................... 231 SELECT................................................................................................................................................................... 232 LINE ........................................................................................................................................................................ 232 WEB......................................................................................................................................................................... 235 TEMPLATE............................................................................................................................................................. 238

Ejemplo 1: creación de una plantilla -(Template) ....................................................................................239 1) Creando el bitmap de 20x20 pixels...................................................................................................................... 240 2) Crear dibujo ilustrativo de 150x150 pixels .......................................................................................................... 240 3) Crear el archivo TPL ........................................................................................................................................... 241

Ejemplo 2: creación de una plantilla (Template) .....................................................................................243 1) Crear el jpg de 20x20 pixels ................................................................................................................................ 244 2) Crear dibujo ilustrativo de 150x150 pixels .......................................................................................................... 244 3) Crear el archivo TPL ........................................................................................................................................... 245

Ejecutando la plantilla Ejemplo2...............................................................................................................248

CAPÍTULO 17: INTRODUCIENDO EDIFICIOS ................................................................ 251 Generación de áreas de carga ..................................................................................................................251 Generación de cargas de viento ...............................................................................................................254

Diafragma rígido ......................................................................................................................................................254 Generando las cargas de viento ...............................................................................................................255 Generando las masas para cada planta...................................................................................................257

CAPÍTULO 18: DISEÑO Y DETALLAMIENTO................................................................. 261 Diseñar modelo...........................................................................................................................................261 Diseño y Detallamiento ..............................................................................................................................262 Introducción ................................................................................................................................................262 Invocando los módulos .............................................................................................................................262

Módulos de detallamiento usando información del programa principal...................................................................262 Paso de datos del programa principal a los módulos de Vigas, Columnas y Zapatas. .......................................262 Paso de datos al los módulos de muros:..............................................................................................................266

Organización de los Módulos....................................................................................................................267 Navegación e introducción de datos........................................................................................................270

Zoom ........................................................................................................................................................................270 Tamaño de fuente .....................................................................................................................................................271 Archivos DXF ..........................................................................................................................................................271 Impresión de gráficos ...............................................................................................................................................271 Minimizar/ Restaurar................................................................................................................................................271 Paneo ........................................................................................................................................................................271 Ingreso de datos ........................................................................................................................................................272

Resultados y verificaciones ......................................................................................................................274 CAPÍTULO 19: DISEÑO GENERAL DE ESTRUCTURAS METÁLICAS ......................... 275

Cargas..........................................................................................................................................................275 Secciones ....................................................................................................................................................276 Definición del código a utilizar..................................................................................................................276 Ejes utilizados en el diseño.......................................................................................................................277 Parámetros de Diseño................................................................................................................................278 Bandera para pórticos con contravientos o intraslacionales................................................................278 Factor de longitud efectiva (K)..................................................................................................................279 Longitud no arriostrada del miembro (L) .................................................................................................280

Longitudes Lbpos, Lbneg (AISC, AISI), opción CLT..........................................................281 Factor de momento uniforme equivalente Cb ....................................................................281

Factor de estabilidad local de miembros Cm................................................................................282 Longitudes Lepos, Leneg (BS) ......................................................................................................282 Factor de estabilidad local de miembros m ..................................................................................283 Factor de momento uniforme equivalente mLT............................................................................283

Torsión.........................................................................................................................................................283 Diseño y Optimización ...............................................................................................................................283 Provisiones sísmicas para miembros de pórtico....................................................................................285 Conexiones metálicas................................................................................................................................285 Despliegue de resultados ..........................................................................................................................285

Pantalla .....................................................................................................................................................................285 Relación máxima de esfuerzos .............................................................................................................................286 Escala fija de relaciones de tensión.....................................................................................................................286 Estado del diseño .................................................................................................................................................287

CAPÍTULO 20: DISEÑO DE MIEMBROS DE ACERO LAMINADO EN CALIENTE (AISC-ASD, AISC-LRFD)............................................................................................................. 289

Determinación de un miembro con sección AISC ..................................................................................289 CODE=HOTROLLED............................................................................................................................................. 290 TYPE=LINEOPEN.................................................................................................................................................. 290 TYPE=LINECLOSED............................................................................................................................................. 290 SetSolid..EndSolid ................................................................................................................................................... 290 Shape=<forma de la sección> .................................................................................................................................. 290

Análisis de segundo orden........................................................................................................................291 Notas técnicas.............................................................................................................................................291

General..................................................................................................................................................................... 292 Hipótesis y restricciones para elementos y secciones .............................................................................................. 294 Cálculo a tracción..................................................................................................................................................... 294 Cálculo a corte y flexión .......................................................................................................................................... 295 Provisiones Sísmicas................................................................................................................................................ 295 Verificaciones de juntas ........................................................................................................................................... 296 Cálculo a compresión............................................................................................................................................... 298 Cálculo a torsión ...................................................................................................................................................... 298 Ecuaciones de interacción ........................................................................................................................................ 298

Miembros de sección variable...................................................................................................................299 CAPÍTULO 21: DISEÑO DE MIEMBROS DE ACERO FORMADO EN FRÍO (AISI) ........301

Notas técnicas.............................................................................................................................................301 Hipótesis y restricciones para elementos ................................................................................................................. 301 Cálculo a tracción..................................................................................................................................................... 302 Cálculo a corte y flexión .......................................................................................................................................... 302 Cálculo a compresión............................................................................................................................................... 303 Ecuaciones de interacción ........................................................................................................................................ 303 Miembros Tubulares cilíndricos .............................................................................................................................. 304

Determinación de un miembro con sección AISI ....................................................................................304 CODE=COLDFORMED......................................................................................................................................... 305 TYPE ....................................................................................................................................................................... 305 RIGID ...................................................................................................................................................................... 305

Análisis de segundo orden........................................................................................................................305 Diagramas de diseño de acero deformado en frío ..................................................................................307

CAPÍTULO 22: DISEÑO DE MIEMBROS DE ACERO (BS 5950) ....................................313 Determinación de un miembro con sección BS......................................................................................313

CODE=HOTROLLED o CODE=BS_COLDFORMED ......................................................................................... 313 TYPE=LINEOPEN.................................................................................................................................................. 313 TYPE=LINECLOSED............................................................................................................................................. 313 SetSolid..EndSolid ................................................................................................................................................... 313 FORMULATION=<formulación> .......................................................................................................................... 314

Combinaciones de carga ...........................................................................................................................314 Análisis de segundo orden........................................................................................................................315 Notas técnicas.............................................................................................................................................315

Hipótesis y restricciones para secciones y elementos .............................................................................................. 315 Miembros a tracción................................................................................................................................................. 319 Vigas y otros miembros a flexión ............................................................................................................................ 319 Columnas y otros miembros a compresión .............................................................................................................. 319 Miembros sujetos a torsión ...................................................................................................................................... 320

Miembros de sección variable...................................................................................................................322 Diagramas de Flujo BS 5950......................................................................................................................323

CAPÍTULO 23: DISEÑO ACI318 Y BS8110 DE HORMIGÓN ARMADO..........................333 Cargas..........................................................................................................................................................333 Serie de tamaños de barras.......................................................................................................................333

CAPÍTULO 24: DISEÑO DE VIGAS DE HORMIGÓN ARMADO......................................335

Identificando vigas de hormigón ..............................................................................................................335 Análisis ........................................................................................................................................................336

Sección fisurada........................................................................................................................................................336 Análisis de segundo orden ........................................................................................................................................337

Notas Técnicas ACI ....................................................................................................................................338 Generalidades ...........................................................................................................................................................338 Limitaciones .............................................................................................................................................................338

Diseño a flexión ............................................................................................................................................338 Diseño a corte................................................................................................................................................340 Diseño a Torsión ...........................................................................................................................................341

Notas Técnicas BS-8110 ............................................................................................................................342 Diseño a flexión.........................................................................................................................................342 Diseño a corte............................................................................................................................................342 Diseño a Torsión .......................................................................................................................................343 Requerimientos de detallamiento ..............................................................................................................343

Reportes y salida de resultados por pantalla..........................................................................................344 Reporte resumen del diseño de vigas........................................................................................................................344 Posición del refuerzo en los miembros .....................................................................................................................349

Módulo de diseño de vigas........................................................................................................................349 Pantalla de Datos ......................................................................................................................................................349 Pantalla de Diseño ....................................................................................................................................................352 Pantalla de Detallamiento .........................................................................................................................................353 Pantalla de Configuración.........................................................................................................................................353

Reporte de vigas de hormigón armado....................................................................................................353 ACI-318-05 Diagramas de Flujo de vigas .................................................................................................356 BS-8110 Diagramas de Flujo de vigas.....................................................................................................363

CAPÍTULO 25: DISEÑO Y DETALLAMIENTO DE COLUMNAS DE HORMIGÓN ARMADO........................................................................................................................................... 369

Pasos de diseño .........................................................................................................................................369 Introducción de datos................................................................................................................................................369

2) Optimización del refuerzo .........................................................................................................................369

3) Verificaciones ............................................................................................................................................369 Notas Técnicas ...........................................................................................................................................369

1) Generalidades .......................................................................................................................................................369 2) Limitaciones .........................................................................................................................................................370 3) Normas de diseño .................................................................................................................................................370 4) Cargas...................................................................................................................................................................370

Notas Técnicas ACI 318-05........................................................................................................................370 1) Diseño del refuerzo longitudinal ..........................................................................................................................370 2) Efectos de esbeltez ...............................................................................................................................................371 3) Diseño a flexión ...................................................................................................................................................372 4) Diseño a corte.......................................................................................................................................................373 5) Requerimientos especiales para diseño sismo - resistente....................................................................................373

Notas Técnicas BS-8110 ............................................................................................................................374 1) Diseño del refuerzo longitudinal ..........................................................................................................................374 2) Efectos de esbeltez ...............................................................................................................................................375 3) Diseño a flexión ...................................................................................................................................................375 4) Diseño a corte.......................................................................................................................................................375

ACI 318-05 Diagramas de Flujo .................................................................................................................376 BS-8110 (1997) Diagramas de Flujo..........................................................................................................386

CAPÍTULO 26: DISEÑO ZAPATAS ..................................................................................391 Modelación suelo-fundación-estructura ..................................................................................................391 Pasos de diseño..........................................................................................................................................391

Introducción de datos ............................................................................................................................................... 391

2) Dimensionamiento .................................................................................................................................... 391

3) Optimización del refuerzo .......................................................................................................................... 392

4) Verificaciones ............................................................................................................................................ 392 Notas Técnicas............................................................................................................................................392

1) Generalidades ...................................................................................................................................................... 392 2) Limitaciones ........................................................................................................................................................ 392 3) Normas de diseño ................................................................................................................................................ 393 4) Cargas .................................................................................................................................................................. 393 5) Análisis ................................................................................................................................................................ 393 6) Verificación contra el deslizamiento, vuelco y capacidad portante ..................................................................... 393 7) Diseño.................................................................................................................................................................. 395

Herramientas de modelación suelo - estructura .....................................................................................396 Posición de la columna ............................................................................................................................................ 397 Tipo de suelo – Coeficiente de Balasto.................................................................................................................... 397 Método de resortes ................................................................................................................................................... 397

Método Directo ................................................................................................................................................... 397 Apéndice A: Teoría de la interacción suelo-estructura ..........................................................................400

Zapata típica (Soporte en el centro de la zapata)...................................................................................................... 400 Zapatas excéntricas (Pilares localizados al borde de la zapata) ............................................................................... 403

Apéndice B: Diagramas de Flujo de Zapatas ACI 318-05 .......................................................................406 Diagramas de Flujo de Zapatas BS-8110 .................................................................................................414

CAPÍTULO 27: DISEÑO DE MADERA (NDS) ..................................................................419 Datos de diseño de miembros de madera ...............................................................................................419

Cargas ...................................................................................................................................................................... 419 Sección del miembro................................................................................................................................................ 419 Materiales de madera ............................................................................................................................................... 421 Especie ..................................................................................................................................................................... 423 Parámetros de diseño ............................................................................................................................................... 426 Método para el diseño .............................................................................................................................................. 430

Procesamiento posterior y Diseño dentro de RAM Advanse ................................................................431 Reportes ................................................................................................................................................................... 431 Despliegue gráfico de resultados ............................................................................................................................. 432 Control de Deflexiones ............................................................................................................................................ 433

Módulo de Detallamiento ...........................................................................................................................433 Notas técnicas NDS....................................................................................................................................435

Miembros a Tensión................................................................................................................................................. 437 Vigas y otros miembros a flexión ............................................................................................................................ 437 Columnas y otros miembros a compresión .............................................................................................................. 437 Miembros sujetos a torsión ...................................................................................................................................... 438 Esfuerzos combinados.............................................................................................................................................. 438 Aplastamiento .......................................................................................................................................................... 439

Tablas de diseño para factores de ajuste ................................................................................................439 Referencias..................................................................................................................................................440

CAPÍTULO 28: MUROS DE CONTENCIÓN .....................................................................443 Pasos de diseño..........................................................................................................................................443

Introducción de datos ............................................................................................................................................... 443 Verificación y Detallamiento ................................................................................................................................... 443 Optimización............................................................................................................................................................ 443

Notas Técnicas ...........................................................................................................................................445 Terminología ............................................................................................................................................................445 Generalidades ...........................................................................................................................................................445 Limitaciones .............................................................................................................................................................446 Normas de diseño .....................................................................................................................................................446 Cargas.......................................................................................................................................................................447

Cargas axiales en pantalla: .................................................................................................................................447 Empujes del Suelo................................................................................................................................................447

Carga Sísmica ..........................................................................................................................................450 Combinación de cargas .......................................................................................................................................451

Diseño de los elementos del muro ............................................................................................................................451 Diseño de hormigón simple .................................................................................................................................451 Diseño de hormigón armado ...............................................................................................................................452

Diseño de refuerzo en mampostería .........................................................................................................453 Módulos/detallamiento de muros de contención....................................................................................454

Pantalla de Datos ......................................................................................................................................................455 Pantalla de Diseño ....................................................................................................................................................457 Pantalla de Detallamiento .........................................................................................................................................459 Pantalla de Configuración.........................................................................................................................................461 Ver modelo como RAM Advanse ............................................................................................................................464 Reportes y salida de resultados por pantalla .............................................................................................................464

Referencias .................................................................................................................................................467 CAPÍTULO 29: DISEÑO DE VIGAS ................................................................................. 469

Pasos de diseño .........................................................................................................................................469 1) Introducción de datos ...........................................................................................................................................469 2) Análisis/Diseño/Detallamiento.............................................................................................................................469 3) Verificaciones.......................................................................................................................................................469 4) Optimización ........................................................................................................................................................469

Notas Técnicas ...........................................................................................................................................471 Generalidades ...........................................................................................................................................................471 Limitaciones .............................................................................................................................................................471 Normas de diseño .....................................................................................................................................................471 Análisis .....................................................................................................................................................................472

Distribución alternada de cargas ........................................................................................................................472 Combinación de cargas .......................................................................................................................................473

Parámetros de diseño de vigas..................................................................................................................................473 Sección fisurada...................................................................................................................................................473 Longitud no arriostrada Lb .................................................................................................................................474 Coeficiente de flexión Cb .....................................................................................................................................474 Diseño ..................................................................................................................................................................475 Requerimientos de detallamiento.........................................................................................................................475

Módulo de diseño de vigas........................................................................................................................475 Pantalla de Datos ......................................................................................................................................................475 Pantalla de Diseño ....................................................................................................................................................478 Pantalla de Detallamiento .........................................................................................................................................479 Pantalla de optimización...........................................................................................................................................479 Reportes y salida de resultados por pantalla .............................................................................................................480

CAPÍTULO 30: MUROS BASCULANTES........................................................................ 481 Pasos de diseño .........................................................................................................................................481

Introducción de datos................................................................................................................................................481 Detallamiento ...........................................................................................................................................................481 Optimizar/Verificar diseño .......................................................................................................................................481

Notas Técnicas ...........................................................................................................................................484 Terminología ............................................................................................................................................................484

Generalidades........................................................................................................................................................... 484 Limitaciones............................................................................................................................................................. 485 Normas de diseño..................................................................................................................................................... 485 Geometría................................................................................................................................................................. 486 Restricciones ............................................................................................................................................................ 487 Cargas ...................................................................................................................................................................... 487

Cargas verticales en el plano:............................................................................................................................. 487 Cargas laterales en el plano: .............................................................................................................................. 487 Cargas laterales fuera del plano:........................................................................................................................ 487 Distribución de cargas concentradas.................................................................................................................. 487 Combinación de cargas....................................................................................................................................... 488

Optimización de diseño del muro ............................................................................................................................ 488 Hipótesis.............................................................................................................................................................. 489 Características .................................................................................................................................................... 490 Refuerzo mínimo y máximo ................................................................................................................................. 491

Módulo de diseño/detallamiento de muros basculantes........................................................................491 Pantalla de Datos...................................................................................................................................................... 492 Pantalla de Diagramas.............................................................................................................................................. 494 Pantalla de Detallamiento ........................................................................................................................................ 497 Pantalla de Configuración........................................................................................................................................ 501 Reportes y salida de resultados por pantalla ............................................................................................................ 503

Referencias..................................................................................................................................................506 CAPÍTULO 31: MUROS DE CONCRETO .........................................................................507

Introducción de datos ............................................................................................................................................... 507 Detallamiento........................................................................................................................................................... 507 Optimizar/Verificar diseño....................................................................................................................................... 507 Terminología............................................................................................................................................................ 510 Generalidades........................................................................................................................................................... 510 Limitaciones............................................................................................................................................................. 511 Normas de diseño..................................................................................................................................................... 511 Geometría................................................................................................................................................................. 511

Muro.................................................................................................................................................................... 511 Elementos de rigidez ........................................................................................................................................... 512 Restricciones ....................................................................................................................................................... 513

Cargas ...................................................................................................................................................................... 513 Cargas verticales: ............................................................................................................................................... 513 Cargas laterales en el plano: .............................................................................................................................. 513 Cargas laterales fuera del plano:........................................................................................................................ 513 Fuerzas globales: ................................................................................................................................................ 514 Interacción entre muros y la estructura .............................................................................................................. 514 Combinación de cargas....................................................................................................................................... 515

Optimización de diseño del muro ............................................................................................................................ 515 Hipótesis.............................................................................................................................................................. 516

Pantalla de Datos...................................................................................................................................................... 518 Pantalla de Diagramas.............................................................................................................................................. 520 Pantalla de Detallamiento ........................................................................................................................................ 521 Pantalla de Configuración........................................................................................................................................ 526 Reportes y salida de resultados por pantalla ............................................................................................................ 528

CAPÍTULO 32: MUROS DE MAMPOSTERÍA...................................................................533 1) Introducción de datos........................................................................................................................................... 533 2) Detallamiento....................................................................................................................................................... 533 3) Optimizar/Verificar diseño .................................................................................................................................. 533 Terminología............................................................................................................................................................ 536 General..................................................................................................................................................................... 536 Limitaciones............................................................................................................................................................. 537

Geometría .................................................................................................................................................................538 Muro ....................................................................................................................................................................538 Elementos de rigidez ............................................................................................................................................538 Restricciones........................................................................................................................................................539

Cargas.......................................................................................................................................................................539 Cargas verticales .................................................................................................................................................539 Cargas laterales en el plano ................................................................................................................................539 Cargas laterales fuera del plano .........................................................................................................................540 Fuerzas globales ..................................................................................................................................................540 Combinaciones de carga......................................................................................................................................540

Diseño de muros de mampostería.............................................................................................................................540 Muros de carga....................................................................................................................................................540 Muros de corte .....................................................................................................................................................541 Columnas .............................................................................................................................................................542 Dinteles ................................................................................................................................................................543 Hipótesis ..............................................................................................................................................................543 Características.....................................................................................................................................................543 Refuerzo mínimo y máximo..................................................................................................................................546

Transferencia de cargas de RAM Advanse hacia el módulo de muro de mampostería. ...........................................547 Cargas de presión en placas................................................................................................................................547 Vector de peso propio ..........................................................................................................................................547 Fuerzas en nudos del modelo de elementos finitos (FEM) ..................................................................................547

Módulo de diseño/detallamiento de muros de mampostería.................................................................550 Pantalla de Datos ......................................................................................................................................................551 Pantalla de Diagrama FEM y diagramas ................................................................................................................551 Pantalla de Detallamiento .........................................................................................................................................552 Reportes y salida de resultados por pantalla .............................................................................................................556 Pantalla de Configuración.........................................................................................................................................558

Referencias .................................................................................................................................................559 CAPÍTULO 33: DISEÑO DE CERCHAS........................................................................... 561

Pasos de diseño .........................................................................................................................................561 1) Introducción de datos ...........................................................................................................................................561 2) Análisis/Diseño/Detallamiento.............................................................................................................................561 3) Verificaciones.......................................................................................................................................................561 4) Optimización ........................................................................................................................................................561

Notas Técnicas ...........................................................................................................................................562 Generalidades ...........................................................................................................................................................562 Limitaciones .............................................................................................................................................................562 Normas de diseño .....................................................................................................................................................562 Geometry ..................................................................................................................................................................562 Análisis .....................................................................................................................................................................562

Combinación de cargas .......................................................................................................................................562 Parámetros de diseño ................................................................................................................................................563

Parámetros generales ..........................................................................................................................................563 Parámetros de diseño de madera.........................................................................................................................563 Diseño ..................................................................................................................................................................563

Módulo de diseño de vigas........................................................................................................................563 Pantalla de Datos ......................................................................................................................................................564 Pantalla de Diseño ....................................................................................................................................................565 Pantalla de optimización...........................................................................................................................................566 Reportes y salida de resultados por pantalla .............................................................................................................566

Introducción

Introducción

Bienvenidos a RAM Advanse, un sistema de herramientas de ingeniería estructural para el análisis y diseño de casi todo tipo de estructura o componente de la misma, que incluye sofisticadas herramientas de diseño que le ayudan en sus requerimientos diarios de diseño y análisis.

Este programa le brinda flexibilidad incomparable para el diseño y análisis de diferentes tipos de estructuras 2D ó 3D conteniendo elementos lineales y placas.

Los tipos de análisis disponibles son: Análisis de primer Orden (Lineal), de segundo Orden (P-Delta) y Dinámico (Análisis Sísmico).

Adicionalmente RAM Advanse le permite diseñar estructuras de acero (tanto para perfiles laminados en caliente como para doblados en frío), madera (madera aserrada o madera encolada) y hormigón armado, bajo las normas AISC, BS, AISI, NDS y ACI respectivamente. El diseño de zapatas aisladas o combinadas de hormigón armado también se encuentra disponible, además del diseño de vigas, columnas de hormigón armado, muros de contención (de mampostería u hormigón), junto con un módulo específico para el diseño de vigas continuas, además de los módulos de muros basculantes, de corte, de mampostería o cerchas. Adicionalmente RAM Advanse puede trabajar con RAM Connection, que es una herramienta poderosa que permite un diseño rápido de conexiones de acero dentro o fuera de RAM Advanse, Staad.Pro, RAM Structural System y ProSteel(SDNF).

¿Cómo aprender RAM Advanse? Se recomienda a los nuevos usuarios que luego de leer el Capítulo 1 (Comandos básicos), acompañen el manual de ejemplos o tutor que les permitirá aprender las operaciones básicas del programa de una manera práctica y sencilla. Los usuarios con experiencia pueden ver las nuevas características implementadas que son explicadas brevemente en el siguiente párrafo. Para mayores detalles por favor remítase a los capítulos respectivos.

Principio de interacción con el usuario La filosofía de los comandos (acciones) del programa es la de “seleccionar y aplicar”, es decir que, para realizar cualquier operación, usted deberá primero seleccionar los elementos (nudos, miembros o placas) y luego ejecutar el comando respectivo. Esto permite ejecutar comandos que sólo afectan a los miembros seleccionados, facilitar la creación de los modelos, particularizar reportes, etc.

Todas las herramientas provistas por el programa para facilitar el ingreso y generación de datos así como también la visualización e impresión de resultados están orientadas bajo esta filosofía.

Diseño en RAM Advanse Otra filosofía que RAM Advanse ha adoptado para el diseño ya sea de estructuras de acero, concreto reforzado o madera, es el procedimiento de "prueba y error". El ingeniero define las propiedades iniciales (i.e. secciones y materiales), y el programa verifica los miembros obteniendo una relación de esfuerzos que refleja la condición de cada elemento. Luego de cada ciclo de verificación, el usuario es libre de cambiar o confirmar las propiedades con o sin la aplicación de las muchas herramientas desarrolladas para este propósito. El beneficio más importante de este procedimiento es que el usuario tiene un completo control del diseño de la estructura y la certeza que se están cumpliendo sus requerimientos.

17

Introducción

¿Dónde encontrar ayuda? RAM Advanse dispone de varias herramientas que pueden ayudarlo durante la ejecución del programa. Puede llamar al Asistente (presione F4 para activarlo) que le provee una guía “paso a paso” para la modelación, análisis y diseño de varios tipos de estructuras.

Adicionalmente, el momento que requiera ayuda sobre una característica particular en la que esté trabajando, presione F1 (o haga clic en el botón de ayuda en el área de las hojas de datos) y se desplegará la Ayuda contexto sensitiva, que le brinda información detallada sobre todos los aspectos del programa.

¿Cómo reportar errores? Nosotros estamos continuamente mejorando el programa para incrementar su productividad. Aunque todos los cambios que esto involucra son siempre verificados meticulosamente, es posible que algún efecto colateral no se detecte durante el control de calidad. Por favor avísenos si Ud. encuentra algo que no está trabajando como se espera. Para compilar toda la información requerida utilice la opción de reporte de errores y envíela a advansesupport@ramint.com.

Seleccione la opción Ayuda/Crear Reporte de error.

Seleccione las opciones deseadas para crear el archivo comprimido y envíelo a nuestro soporte técnico.

18

Introducción

RSSFeed RAM Advanse tiene un nuevo cuadro cuando es iniciado (Este se puede llamar con la opción Ayuda/Abrir RSSFeed del menú principal). Este cuadro despliega ítems de un sitio Bentley (Really SimpleSyndication, RSS) cuyos ítems son usados para proveer información oportuna con relación a actualizaciones, puesta en circulación e información general de productos. La intención de esta característica es proporcionar información importante y oportuna al usuario. Los ítems en la lista serán actualizados en cualquier momento así que tienen que revisarse regularmente.

Si Ud. hace clic en un ítem, este lanzará el explorador por defecto con el sitio web asociado, siempre que se tenga disponible una conexión de Internet. De otro modo el RSSFeed mo será disponible y un mensaje será desplegado. Si Ud. observa este mensaje constantemente o si el RSFeed no se encuentra disponible significa que Ud. no está recibiendo importante información y anuncios.

Ventana de Bienvenida con información actualizada.

Los ítems que se muestran están clasificados por íconos con los siguientes significados:

- Mensajes importantes para usuarios RAM Advanse o Bentley.

- Notificación de descargas, actualizaciones o lanzamientos nuevos.

- Mensajes de Bentley a sus usuarios.

- Anuncios docentes, seminarios próximos, seminarios en línea, etc.

- Comunicaciones sobre productos relacionados , noticias de la industria, comunidad BE, etc.

19

Introducción

Nuevas características Esta sección describe las nuevas características de la versión 9.0. Descripciones más detalladas se pueden encontrar en los capítulos correspondientes del manual o en la ayuda contexto sensitiva.

• Nueva forma de panear y rotar las vistas manteniendo presionada la rueda del ratón y el botón derecho del ratón de acuerdo a aplicaciones generales de dibujo.

• Nuevo módulo de diseño de cerchas: Este nuevo módulo le permite analizar y diseñar cerchas de madera o metálicas en cuestión de minutos. Este módulo optimiza los tamaños de los miembros manteniendo las dimensiones externas de la cercha e incluye un reporte de diseño específico de los miembros críticos.

• Nuevo y mejorado módulo de diseño de zapatas: El módulo puede ahora se usado como programa independiente o integrado a RAM Advanse. Además de permitir el diseño de zapatas aisladas, también permite diseñar zapatas combinadas con la norma ACI 318-05.

• Nuevo módulo de diseño de muros de concreto: Este módulo reemplaza al anterior módulo de muros de corte con capacidad aumentada y una nueva interfaz. El módulo permite ahora considerar cargas fuera del plano y tiene una opción de diseño como muro a flexión, muro de corte o una combinación de ambos.

• Norma de diseño AISC 360-05 para acero estructural (métodos ASD y LRFD). Se ha desarrollado un nuevo componente para el diseño que incluye rigidizadores de corte y secciones armadas entre otras mejoras.

• Norma de diseño AF&PA Nacional Design Specification (NDS) para madera de la Edición 2005, que incorpora no sólo el método ASD sino también el método LRFD. Las provisiones incluyen además la variación de resistencia de acuerdo al tamaño de sección para la especie Southern Pine.

• Norma de diseño AISI North American Specification para el diseño de miembros de acero plegado en frío del año 2001 que incluye el suplemento 2004. Se incluyen los métodos ASD y LRFD (el método LSD para Canadá estará disponible en Abril 2008), además del aplastamiento de alma y la opción de ala sujeta a piso o techo.

• Nuevo manejo de memoria: La posibilidad de analizar modelos grandes está de vuelta. Con la implementación del nuevo motor de análisis (RAM FE ™) en la versión 7.0, algunos modelos muy grandes daban un error de memoria. Este problema ha sido resuelto con un manejo de memoria sofisticado que permite analizar ahora grandes modelos y de forma más rápida.

• Mejoras en el módulo de muros basculates: Luego del puesta en circulación de la primera versión de este módulo, muchos usuarios alrededor del mundo nos ha provisto de retroalimentación que nos ha permitido mejorar el diseño de gran manera. Esta ueva versión definitivamente es la mejor disponible en la industria

• Nueva opción para seleccionar sólo las combinaciones /estados que Ud. desee analizar.

• Carga de temperatura en placas.

• Un nuevo conjunto de gráficos que son más fáciles y legibles (apoyos, articulaciones, cargas, reacciones, esfuerzos, etc.) Además los nuevos gráficos 3D tienen ahora una apariencia más real.

20

Introducción

• Esta versión incluye la posibilidad de deshabilitar las deformaciones por corte. Esta opción es más muy útil cuando se corren modelos de libros de texto como ejemplos de verificación.

• Mejora del análisis y diseño de secciones de acero I. El análisis ahora incluye la rigidez exacta de elementos finitos de sección variable en vez de la aproximación antigua que dividía el miembro en 6 segmentos (opción que también se encuentra disponible). El diseño incluye las verificaciones del Manual de la AISC 13ava Edición.

21

Capítulo 1: Vista General

Capítulo 1: Vista General

Este capítulo lo familiarizará con la interfase de RAM Advanse y le explicará aquellas habilidades que son requeridas para usar el programa al introducir cualquier modelo estructural en RAM Advanse. Estas operaciones son principalmente:

• Crear nudos, miembros, y placas

• Asignar propiedades a estos elementos tales como sección, material, etc.

• Agrupar miembros y placas

• Crear condiciones y combinaciones de carga

• Introducir cargas

• Graficar los elementos introducidos y sus propiedades

• Otras operaciones básicas

• Configurando la interfase

Después de aprender estas operaciones básicas, le aconsejamos que siga uno de los ejemplos del Manual de Ejemplos para practicarlas.

Ventana principal RAM Advanse posee una ventana principal en la cual se introducen, manipulan y se despliegan todos los datos de geometría, secciones y cargas del modelo. Esta ventana se muestra en la siguiente figura con todas sus diferentes áreas de trabajo identificadas. Así tenemos:

A: El menú de aplicaciones o menú principal, donde se encuentran los principales comandos del programa para la introducción de datos, salida de resultados o para procesar el modelo.

B: Las barras de herramientas - Se trata de comandos que ayudan en la selección, dibujo, visualización de datos o resultados y el diseño de elementos de su modelo. Observe que la ubicación y visibilidad de las barras de herramientas es configurable (ver más adelante en este capítulo).

C: Explorador de datos - Área que permite al ingeniero la navegación rápida entre las diferentes planillas del Panel de datos. Además, permite tener un control de los datos introducidos en el modelo.

D: Panel de datos - Planillas donde se introducen las diferentes propiedades y los datos de geometría de los elementos seleccionados.

E: Área gráfica - Área donde se dibuja el modelo, considerando las opciones de despliegue activadas.

El uso general de estas áreas de trabajo se describe luego en este mismo capítulo.

23

Capítulo 1: Vista General

Ventana principal de RAM Advanse

Explorador de datos

El explorador, le muestra todas las planillas de datos en las cuales usted introduce su modelo. Para saltar a la planilla que desea, simplemente haga clic en uno de los ítems del explorador.

Nota.- Inicialmente el Explorador se encuentra desactivado (oculto). Para activarlo (o desactivarlo) presione el botón indicado en la barra de Paneles (siempre y cuando esta barra esté visible), como se muestra en la figura.

También puede utilizar la opción disponible en el menú de aplicaciones o menú principal:

24

Capítulo 1: Vista General

El explorador se utiliza siempre en conjunto con las planillas. Por esto también se debe activar las planillas.

Utilice una de éstas opciones para habilitar las planillas

Los ítems de la lista que se encuentran marcados , son aquellos que contienen datos. De esta forma el usuario puede ver cuales son los datos que ya han sido introducidos y cuales son los datos que faltan en el modelo.

El usuario no está obligado a ingresar datos en todos los ítems de la lista, solamente aquellos que requiera para modelar su estructura. Por ejemplo, si su estructura no tiene placas, entonces, se puede ignorar ese ítem.

Tampoco es necesario seguir un orden fijo en la introducción de datos. El usuario puede saltar de una planilla a otra en el orden que desee.

25

Capítulo 1: Vista General

Si por razones de espacio o de resolución de su monitor usted prefiere mantener el Explorador deshabilitado, entonces también puede ir a la planilla de datos presionando uno de los Tabuladores de elementos (1) y luego el botón de la propiedad que desea (2), como se ilustra en la figura.

Unidades Se recomienda siempre definir primero el sistema de unidades a adoptar antes de introducir cualquier dato.

Para definirlas, presione o vaya al menú principal y seleccione las unidades deseadas:

Seleccione Configuración/Unidades

26

Capítulo 1: Vista General

En la ventana de diálogo el usuario puede seleccionar el sistema de unidades deseado (1) (Inglés, SI, Métrico), las unidades específicas dentro del sistema seleccionado para cada grupo de variables (2) o adoptar una configuración por omisión de las anteriores opciones (3).

Introduciendo Nudos, Miembros y Placas Un modelo consta básicamente de: Nudos, Miembros, Placas y las propiedades de estos.

Hay varias formas de generar estos elementos. Usted puede, por ejemplo, importar el modelo de un archivo DXF, puede crearlo con Templates (plantillas), importarlo de RAM Structural System, o generarlos manualmente.

En este capítulo le explicaremos como introducir manualmente los nudos, miembros, y placas. En capítulos posteriores se describen otros métodos disponibles para la creación de modelos.

27

Capítulo 1: Vista General

¿Cómo crear nudos?

Para ingresar los nudos, primero vaya a la planilla de coordenadas. Para esto, haga clic en el Explorador en Nudos/Coordenadas o si tiene desactivado el Explorador, use los Tabuladores (Nudos) y botones de propiedades (Coordenadas) del panel de datos.

Luego escriba los datos en la planilla. Observe que a medida que se van ingresando las coordenadas, los nudos son graficados.

.- Use la barra de ESPACIO o la tecla del Tabulador para moverse rápidamente hacia la derecha, y ENTER para saltar a la siguiente fila.

Al momento de escribir las coordenadas puede incluir la unidad de la coordenada. Por ejemplo, suponga que su modelo está en el sistema métrico y tiene las longitudes en metros, pero desea introducir una coordenada en pies. Entonces, puede escribir "10ft" y el programa realizará la conversión correspondiente a metros.

También puede combinar diferentes unidades. Por ejemplo, puede escribir 10’-6” y el programa interpretará este valor como 10.5ft.

Algunos ejemplos de introducción de datos con unidades son:

10ft

10’

10ft-6in

10’-6”

10ft-6”

28

Capítulo 1: Vista General

10ft-16cm

10m

10m-50cm

.- La introducción de datos con unidades se aplica a todas las planillas, no solamente a la de coordenadas.

.- Presione ESC si desea cancelar un dato que está escribiendo.

.- Presione el botón para deshacer los datos introducidos.

Nudos de extremo de miembros físicos

Si desea, introduzca solamente los nudos de los extremos de los elementos físicos. Más adelante se explica como generar los nudos intermedios o nudos en la intersección entre miembros.

Herramientas de generación de nudos

Debajo de la planilla Nudos/Coordenadas se encuentran los botones de herramientas que le permiten generar los nudos automáticamente:

Presione F1 para obtener mayor información sobre como usar estos botones.

.- En cualquier planilla de datos puede presionar F1 y se desplegará una ayuda contexto sensitiva que le brinda información sobre: (1) Los datos que deben ser introducidos en cada planilla y (2) el uso de los botones de herramientas para generar estos datos.

Vea la descripción de todos los atajos (shortcuts) y operaciones del ratón en el menú de help para más sugerencias.

Ingreso de coordenadas en una planilla Excel Una poderosa opción para generar los nudos es crear las coordenadas en cualquier otro programa y luego pegarlos a la planilla de datos de RAM Advanse.

El botón ilustrado pega la información del Clipboard (área de memoria del ordenador) a la planilla de datos. Por ejemplo, usted puede generar coordenadas en el programa Excel, copiarlas al portapapeles (Clipboard) y luego pegarlas a la planilla usando el botón indicado arriba.

29

Capítulo 1: Vista General

Esta opción de pegado puede ser aplicada con cualquier planilla de datos de RAM Advanse. Por ejemplo, el usuario puede generar los resortes para una losa de fundación en Excel y luego importarlos usando este comando.

Para mas información sobre como usar este comando, presione F1 y luego vaya a Comandos generales de la hoja electrónica.

.- También es posible copiar el contenido de una planilla de RAM Advanse y pegarlo en otro programa.

¿Cómo crear miembros?

Para generar miembros, vaya a la planilla Miembros/Conectividad (Nudos y descripción).

La creación de miembros es simple y se realiza en dos pasos:

• Seleccione los nudos que van a ser conectados con miembros

• Conecte los miembros presionando el botón o .

Seleccionando los nudos Para generar los miembros, deben seleccionarse los nudos inicial y final de cada miembro que se desea conectar.

Para seleccionar varios nudos, haga clic sobre el primer nudo (con el botón izquierdo del ratón) y luego mantenga presionada la tecla Shift (Mayúsculas) mientras hace clic sobre los demás nudos que desea seleccionar. 30

Capítulo 1: Vista General

Al hacer clic sobre un elemento (nudo, miembro, o placa) se de-seleccionan los demás elementos. Entonces, la tecla Shift (Mayúsculas) le permite seleccionar (o de-seleccionar) un elemento (nudo, miembro o placa) sin afectar a la selección de los demás elementos. Es decir, permite seleccionar varios elementos simultáneamente.

También puede seleccionar varios elementos encerrándolos con el ratón. En este caso, la tecla Shift (Mayúsculas) también le permite seleccionar lo que está dentro del recuadro sin afectar la selección de los elementos fuera del recuadro.

Cuando usted encierra con el ratón, solamente se seleccionan los elementos que entran totalmente en el recuadro. Es decir, en el caso de miembros, ambos nudos deben entrar en la selección y en el caso de placas, los cuatro nudos deben entrar en la selección.

.- Si mantiene presionada la tecla Crtl. en vez de Shift, todos los elementos parcialmente seleccionados (aquellos en los que al menos uno de sus nudos está en el recuadro) serán añadidos a la selección.

Conectando los miembros

Para conectar miembros entre los nudos seleccionados, simplemente presione el botón indicado en la figura. Este botón conectará los nudos en forma continua.

Para conectar los nudos en forma alternada, presione el botón .

Importante.- Advierta que el orden de selección de los nudos es importante ya que estos definen los ejes locales de los miembros.

Para ver como utilizar los demás botones de herramienta de esta planilla, presione F1.

.- Puede definir miembros físicos a través de la selección de sus nudos inicial y final.

31

Capítulo 1: Vista General

El miembro físico será discretizado para el análisis de forma automática. Vea el capítulo 3 para mayores detalles.

Nota.- Advierta que también es posible escribir la información (nudo inicial y final) para cada miembro directamente en la planilla de datos. Entonces, también es posible generar la información en Excel (por ejemplo) y usar el botón de pegado para traer la información al programa.

Plantillas (Templates) Las plantillas le permiten generar en forma rápida los elementos y nudos de estructuras de tipos específicos. Más adelante, en este mismo manual se explica como realizar esto. Por el momento sólo tenga en mente esta poderosa alternativa cuando este creando estructuras típicas como cerchas.

¿Cómo crear placas?

Para generar miembros, vaya a la planilla Placas/Conectividad (Nudos de placas)

Al igual que con miembros, la creación de placas se realiza en dos pasos:

• Seleccione los nudos que van a ser conectados con placas

• Conecte las placas presionando el botón .

Los nudos deben ser seleccionados en el orden mostrado en la figura. Luego presione el botón indicado en la misma.

32

Capítulo 1: Vista General

Advierta que puede crear varias placas si selecciona más de cuatro nudos, como se ilustra en la figura. Note el orden en que deben ser seleccionados.

Presione F1 para obtener ayuda sobre los botones de herramientas de esta planilla.

Importante.- Las placas son elementos finitos que requieren ser discretizados para incrementar la precisión del análisis. Es posible controlar la discretización utilizando el botón de la barra de

herramientas , para mayor información sobre discretización referirse al capítulo de cáscaras. Para la asignación de espesores para placas ir a Placas/Descripción y Espesor en la planilla electrónica, note que para la descripción el usuario puede definir que la placa es una placa de losa o de muro.

Asignando propiedades a nudos, miembros, y placas Una vez introducidos los nudos, miembros, y placas de su modelo se deben asignarles sus propiedades tales como restricciones, secciones, materiales, espesor, etc.

Los pasos para asignar propiedades a los elementos son muy simples:

• Vaya a la planilla correspondiente

• Seleccione los elementos a los que va a asignar propiedades

• Introduzca la información en la planilla correspondiente.

Seleccionando los elementos Seleccione los elementos a los que va a asignarles alguna propiedad. Por ejemplo, seleccione los nudos de apoyo para asignarles las propiedades de restricciones.

Introduciendo la información en la planilla En la planilla introduzca la información correspondiente.

Advierta usted que en la planilla solamente se muestran los elementos seleccionados con el ratón.

33

Capítulo 1: Vista General

La información puede ser introducida escribiéndola directamente en la planilla, usando los botones de herramientas, o pegándola del Portapapeles (Clipboard).

.- Para copiar un valor a todos los elementos seleccionados, ubique el cursor en el valor deseado y presione el botón indicado en la figura.

.- Puede seleccionar un elemento escribiendo su número en la columna verde y presionando la tecla Enter (como se indica en la figura anterior).

Por ejemplo, para asignar restricciones a los nudos de apoyo proceda como sigue:

• Vaya a la planilla Nudos/Restricciones.

• Seleccione los nudos de apoyo

34

Capítulo 1: Vista General

• Presione uno de los botones indicados en la figura.

.- Se puede borrar todo el contenido de una planilla presionando el botón . Este botón no elimina los elementos, solamente las propiedades correspondientes a la planilla que se está viendo.

Agrupando miembros y placas Como se puede apreciar, la selección de elementos es muy importante en el programa. Por tanto, es muy importante que se agrupen los elementos de forma que puedan seleccionarse por grupos en vez de hacerlo individualmente.

Los miembros y placas pueden ser agrupados usando la propiedad Descripción. Esta propiedad se encuentra en la planilla Miembros/Conectividad y Placas/Espesor.

Para agrupar a varios miembros o placas, simplemente asígneles la misma Descripción.

Botón para seleccionar todos los elementos con la misma descripción.

Una vez que los miembros y placas tengan una descripción, puede seleccionar todo el grupo (todos los miembros con la misma descripción) usando el botón indicado en la figura superior.

35

Capítulo 1: Vista General

Por ejemplo, para seleccionar todas las vigas de techo del modelo de la figura anterior, primero seleccione con el ratón uno de los miembros y luego presione el botón . Es decir, con este botón el programa seleccionará todos los miembros que tengan la(s) misma(s) Descripción(es) que las de los elementos seleccionados originalmente.

. Para seleccionar varios grupos simultáneamente, seleccione una instancia (del miembro o placa) de cada grupo usando la tecla Shift (Mayúscula) y luego presione el botón .

.- Para copiar una descripción a varios miembros use el botón . Este comando copia la descripción del último elemento seleccionado al resto de los elementos seleccionados.

.- Las descripciones pueden ser generadas automáticamente con los botones y en

miembros; y en placas.

36

Capítulo 1: Vista General

Condiciones y combinaciones de carga

Menú de cargas.

En la figura se muestra la opción del menú principal usada para la introducción de los estados de carga. (En RAM Advanse las condiciones y combinaciones de carga son referidas en forma genérica como estados de carga).

Con esta opción usted puede entre otros:

• Crear nuevas condiciones o combinaciones de carga o editarlas .

• Borrar condiciones o combinaciones de carga .

Ud. puede utilizar la barra de cargas para seleccionar la condición o combinación de carga “activa” para la introducción o edición de cargas

.

Barra de cargas

Generando combinaciones en forma automática RAM Advanse le permite generar combinaciones de manera automática. Para esto ejecute el comando Cargas/Generar combinaciones de cargas y seleccione una de las combinaciones provistas por el programa. En caso de que no exista un archivo generador para su norma de diseño, este puede ser creado. Para más información, vaya al cuadro de diálogo indicado y presione F1.

.- En RAM Advanse las condiciones de cargas dinámicas son tratadas exactamente igual que las condiciones de carga estáticas.

Note que el número límite de estados de carga en RAM Advanse es 200.

Introduciendo cargas para una condición de carga Para introducir cargas seleccione antes la condición de carga que será asociada a las cargas a introducir y luego proceda a introducir las cargas como cualquier otra propiedad.

37

Capítulo 1: Vista General

Seleccione la condición de carga para la cual desea introducir las cargas. Luego proceda a introducir las cargas sobre nudos, miembros, o placas como cualquier otra propiedad.

.- Para copiar las cargas de una condición de cargas a otra, vaya al menú Cargas/Copiar cargas de otra condición... Este comando es muy útil, por ejemplo, para crear cargas alternadas en diferentes vanos de una viga continúa. Para esto, Ud. deberá crear una condición de carga con las cargas sobre todos los vanos y luego copiar las cargas a otras condiciones. Luego, se podrá fácilmente borrar las cargas en vanos alternados en las dos condiciones de carga generadas. Este procedimiento también puede utilizarse en estructuras en 3D.

Graficando los datos y resultados La convención de signos utilizada por RAM Advanse es la siguiente:

RAM Advanse puede graficar casi todos los datos y resultados de su modelo. Esto se controla a través de la ventana de opciones de graficación o el conjunto de barras de herramientas que pueden hacerse visibles en la pantalla.

38

Capítulo 1: Vista General

Habilite la ventana de opciones de graficación (1) o las diferentes barras de herramientas para mostrar datos o resultados (2).

Ventana de opciones de graficación. Tiene varias lengüetas con diferentes barras de herramientas de despliegue.

Barras de herramientas de despliegue

39

Capítulo 1: Vista General

Presione la opción que desea graficar. Levante el botón para desactivar la graficación de la respectiva propiedad.

.- Mantenga el cursor unos segundos sobre estos botones para obtener una indicación (hint) sobre el propósito de cada botón.

El botón desactiva todas las opciones de graficación. Ud. puede encontrarlo en el extremo superior derecho de la pantalla.

También se puede utilizar la misma opción disponible en el menú.

Observe que Ud. puede llamar al comando con la combinación de las siguientes teclas Ctrl+U

Este grupo de botones le permite seleccionar el grado de libertad que desea graficar. Así, por ejemplo, si desea graficar Fuerzas de reacción en Y, debe presionar el botón “2”. Si desea graficar el momento alrededor de Z, debe presionar el botón “6”.

Estos botones se aplican a las siguientes opciones de graficación (ver barras de Propiedades de modelo y de Análisis):

• Graficación de traslaciones y rotaciones

• Graficación de reacciones

• Graficación de masas .

.- Para ver las unidades en todos los valores graficados, presione el botón de la barra de Unidades.

Zoom y rotación Las siguientes barras de herramientas son usadas para realizar acercamientos, alejamientos, cambiar la perspectiva, tamaño de letras y para rotar la vista de su modelo:

Barras de visualización y de Cursor que definen la vista del modelo.

Si Ud. posee un ratón con rueda (mouse wheel) puede utilizarlo para acercar, alejar y rotar su vista en vez de las barras anteriores.

40

Capítulo 1: Vista General

La rueda del ratón es equivalente a o .

Manteniendo presionado el botón derecho del ratón Ud. puede rotar la estructura en forma similar a muchas aplicaciones gráficas.

Haciendo doble clic a la rueda del ratón a

Advierta que Ud. puede cambiar el incremento de cada comando de la rotación con la opción Configuración/General/Incremento de rotación de vista del menú principal.

Paneo El paneo del modelo (mover el dibujo visto en la pantalla) se realiza presionando la rueda del ratón y moviendo la vista al punto deseado.

Seleccionando y ocultando elementos

Barra de herramientas de selección.

Esta barra de botones le permite seleccionar y ocultar temporalmente elementos.

Para ocultar partes del modelo, proceda de la siguiente forma:

• Seleccione lo que desea ver (deje no seleccionado lo que desea ocultar)

• Presione el botón . Para volver a ver todo el modelo, presione nuevamente el mismo botón.

Otras operaciones importantes

Comando Undo En caso de que accidentalmente realice una operación no deseada, puede deshacerla presionando el botón de la planilla. Si vuelve a presionar dicho botón se deshace el penúltimo paso, y así sucesivamente.

Borrando elementos Para eliminar nudos, miembros o placas, primero selecciónelos y luego presione el botón .

41

Capítulo 1: Vista General

Borrando el contenido de una planilla (propiedades) sin borrar el elemento Para borrar los datos asignados a un grupo de elementos, selecciónelos, ingrese a la planilla correspondiente y presione el botón .

Borrar elementos duplicados y nudos sueltos Al utilizar los generadores automáticos de datos provistos por el programa, es posible que se creen barras y nudos superpuestos, nudos no conectados, etc. Para solucionar estos problemas utilice este comando.

La herramienta tiene los siguientes objetivos:

1. Eliminar nudos superpuestos y reconectar las barras al nudo restante.

2. Eliminar barras duplicadas (barras con la misma conectividad).

3. Eliminar elementos de longitud cero y nudos sin elementos conectados.

Para utilizar la herramienta, presione en la barra de herramientas del Modelo o use la opción Herramientas/Generación de datos/Depurar modelo.

Es recomendable utilizar este comando antes del análisis, para asegurarse de eliminar elementos innecesarios que pueden distorsionar los resultados. El comando actúa no solo en los miembros seleccionados sino en todos los nudos y elementos de la estructura.

Note también que para tener consistencia en los resultados, la numeración de nudos, miembros, placas, etc., se mantiene aún si se proceda borrar algunos elementos o nudos. Si Ud. tenía una impresión antes de borrar los elementos, Ud. podrá comparar elementos similares del nuevo modelo con los del antiguo ya que en ambos ejemplos se mantendrá la misma numeración de miembros. Si Ud., sin embargo, desea reordenar sus elementos, puede seleccionarlos y luego aplicar la herramienta

de la planilla.

Segmentado de elementos Esta herramienta se aplica a nudos ubicados sobre miembros. El miembro es segmentado y el nudo es incorporado. El capítulo 3 del presente manual presenta detalles sobre esta herramienta.

Configurando la interfase Las diferentes herramientas disponibles en RA han sido agrupadas de la siguiente forma:

• Propiedades de Modelo: usadas para desplegar los datos en la ventana gráfica.

• Modelo 3D: para mostrar el modelo en tres dimensiones con datos y/o resultados.

• Propiedades de diseño: herramientas para el despliegue de parámetros requerido en el diseño.

• Análisis: herramientas que despliegan deformadas, deflexiones, diagramas de esfuerzos luego del análisis.

• Verificación de diseño: herramientas que muestran los resultados del diseño incluyendo la relación de resistencia y el estatus.

• g.d.l: herramienta que sirve para seleccionar el grado de libertad deseado. Se usa en combinación con otros botones de despliegue (p. Ej. Masas, reacciones y desplazamientos).

42

Capítulo 1: Vista General

• Visualización: herramientas para el acercamiento, alejamiento y definición de perspectiva y tamaño de letra de los gráficos.

• Selección: herramienta que ayuda en la selección de elementos.

• Cursor: herramienta que define la rotación de la vista. Alternativamente se puede usar la rueda del ratón.

• Vistas: herramienta para llamar las diferentes vistas que se hayan predefinido.

• Cargas: herramienta para seleccionar el estado de carga actual.

• Unidades: herramienta para la selección de las unidades actuales y definición de su despliegue en la ventana gráfica.

• Paneles: herramienta que define si los diferentes paneles van a ser visibles (Explorador y Panel de datos).

Diferentes barras de herramientas disponibles en RA.

Observe que la Ventana de opciones de graficación está compuesta al mismo tiempo de 5 barras de herramientas, las cuales son Propiedades de Modelo, Modelo 3D, Propiedades de diseño, Análisis y Verificación de diseño.

Ud. puede configurar la ubicación y visibilidad de sus barras de herramientas de acuerdo a sus necesidades y preferencias:

1. Habilite las barras de herramientas deseadas.

43

Capítulo 1: Vista General

Opción para habilitar/deshabilitar las barras de herramientas (las barras chequeadas están habilitadas).

Defina la posición desead para su barra.

Ud. que arrastra con el ratón (presionando el botón derecho) la barra de herramientas al lugar deseado. Note que se pueden definir el número de filas y/o columnas de botones en la barra tomando un borde lateral o inferior de la barra con el ratón. Estas opciones están de acuerdo al manejo de ventanas estándar de Windows.

3) Una vez que todas las barras de herramientas se encuentras en la posición y la condición deseada, guarde su escritorio con la siguiente opción:

Guarde el escritorio actual (1). Advierta que este estará disponible para usos futuros.

44

Capítulo 1: Vista General

Configuración General Varias características generales del programa se pueden configurar usando la siguiente opción del menú principal:

Opción de Configuración general.

Ventana de diálogo de la configuración general.

Se mostrará una ventana de diálogo con las siguientes opciones:

• Opción para siempre crear copia de respaldo (*.bak)

• Incremento de rotación de vista para el gráfico.

• Fuentes para el gráfico (estilos, tamaños, etc.).

• Escalas para deflexiones y diagramas de esfuerzos.

• Calidad de impresión de gráficos.

• Calidad de dibujos en 3D.

• Directorios de bases de datos y modelos.

• Nomenclatura acorde al país (Estados Unidos o Reino Unido)

Para mayor información refiérase a la ayuda contexto sensitiva.

45

Capítulo 1: Vista General

AVW Conversor Una de las herramientas de aplicación de RAM Advanse es el conversor de archivos del formato AVW por el nuevo formato ADV. Archivos de antiguas versiones (como de la 7.0) deben ser convertidos al nuevo formato. Para utilizar el conversor se debe colocar el archivo “AVWConversor.exe” en la carpeta BIN de RAM Advanse. Desde el “command prompt” llamar al archivo ejecutable siguiendo los parámetros. Puede convertir un archivo o un directorio. Crea un archivo Log llamado “AVWConvertLog.txt”.

Los parámetros son:

AVWConversor.exe <Nombre del archivo en formato AVW > [/s]

AVWConversor.exe <Ruta del directorio> [/s]

/s: opcional para convertir archivos en Sub Directorios.

Por ejemplo para convertir un archivo se sigue la siguiente estructura:

AVWConversor.exe "D:\Common\Test\Concrete.avw"

Para convertir un directorio y subdirectorios:

AVWConversor.exe "D:\Common\Test" /s

El nuevo formato adv. guarda y recupera la información del modelo en un formato interno mucho más organizado y optimizado que permite asegurar una compatibilidad hacia delante y atrás a partir de la presente versión de RAM Advanse.

46

Capítulo 2: Ejes locales y globales

Capítulo 2: Ejes Locales y globales

Sistemas de coordenadas Tres sistemas de coordenadas son utilizados para el análisis de una determinada estructura:

• Ejes Globales.

• Ejes Locales.

• Ejes Principales.

Ejes Globales Los ejes Globales son un sistema de ejes cartesianos con relación al cual se define la geometría de la estructura. Parte de los datos como ser coordenadas de los nudos, constantes de resortes, restricciones, cargas nodales, etc. son referidos a este sistema de coordenadas.

Los ejes globales están representados en RAM Advanse por las letras X, Y, y Z. Es recomendable que la estructura sea elevada en dirección del eje Y porque algunos comandos (como ser: diafragma rígido, rotación de estructura) están basados en esta suposición.

Ejes locales Cada elemento de barra o placa tiene un sistema cartesiano de referencia propio, cuyos ejes son denominados ejes locales (representados por los números 1, 2 y 3). Algunos datos y resultados de los elementos están dados con relación a los ejes locales. Estos ejes también se utilizan para definir la orientación del elemento en el espacio.

J = nudo inicial

K = nudo final

En los elementos de barra los datos referidos a este sistema de ejes son los siguientes:

• Posición de los perfiles

• Trechos rígidos y liberaciones

• Cargas sobre los elementos (cargas puntuales, cargas linealmente distribuidas y momentos). Estas cargas también pueden estar referidas al sistema de ejes globales.

• Resultados: los esfuerzos resultantes del análisis están referidos a este sistema de coordenadas y a los ejes principales de inercia.

RAM Advanse define por defecto los ejes locales en elementos barra de la siguiente manera:

• El origen del sistema de ejes locales coincide con el nudo J. 47

Capítulo 2: Ejes locales y globales

• El eje local 1 (eje centroidal) coincide con el vector que une los nudos J y K. Note que al definir la conectividad del elemento de barra usted está definiendo la dirección del eje local 1 que no puede modificarse.

• El eje local 3 es paralelo al plano X - Z para miembros horizontales. En el caso particular de miembros verticales con el eje 1 paralelo al eje Y, el eje 3 tendrá la dirección del eje Z. Para el caso de miembros inclinados, el eje 3 será perpendicular al plano definido por el eje 1 y su proyección sobre el plano horizontal X - Z.

• El eje local 2 se define por la regla de la mano derecha con el dedo pulgar en la dirección del eje local 1.

• El eje local 1 (longitudinal) se ubica SIEMPRE en el centro de gravedad de la sección independientemente de la ubicación de la sección respecto al eje de referencia. .

Ejes principales Los ejes principales son ejes cartesianos con relación a los cuales se introducen las propiedades de las secciones de los miembros. Los momentos de inercia y factores de corte están referidos a este sistema de coordenadas.

En la mayoría de los casos, los ejes locales y los ejes principales de la sección de los elementos coinciden. Sin embargo, en algunos perfiles los ejes locales son diferentes a los ejes principales como en el caso de perfiles Z o L. Los resultados del análisis que arroja el programa se dan relativos a los ejes principales y locales. Las cargas son relativas a los ejes principales.

RAM Advanse le permite al ingeniero ubicar los ejes locales en una posición distinta a los ejes principales, lo que facilita la introducción de datos.

Rotando elementos En algunos casos usted tendrá necesidad de rotar alguno de sus elementos, para que estos tengan una posición diferente a la definida inicialmente por el programa.

Existen varias formas de rotar sus elementos:

Rotando 90 grados o 180 grados Si desea rotar 90 o 180 grados uno o varios elementos, proceda de la siguiente forma:

48

Capítulo 2: Ejes locales y globales

Seleccione los elementos a ser rotados.

Vaya a Miembros/Ejes Locales.

Presione el botón (180 grados) o (90 grados), de acuerdo a lo que necesita.

Los elementos han sido rotados.

49

Capítulo 2: Ejes locales y globales

Rotando un ángulo diferente a 90 grados o 180 grados Cuando desea rotar un elemento (o varios elementos) un ángulo conocido pero diferente de 180 y 90 grados, proceda como sigue:

Selecciones los elementos a ser rotados.

Escriba el valor de la rotación y luego presione .

Los elementos han sido rotados.

Haciendo que un eje local sea paralelo a un eje global En ocaciones algunos elementos deben tener algunos de sus ejes locales paralelos a un eje global. Para esto proceda de la siguiente forma:

Seleccione los elementos a ser rotados.

50

Capítulo 2: Ejes locales y globales

Seleccione el eje local (2 o 3) que desea hacer paralelo a algún eje global. Luego presione uno de los siguientes botones:

Para hacer el eje local paralelo al eje Y.

Para hacer el eje local paralelo al eje X.

Para hacer el eje local paralelo al eje Z.

Nota.- Cuando se fija la orientación de un eje local, los otros ejes locales son rotados consecuentemente.

Haciendo que un eje local apunte a un nudo específico En ocasiones algunos elementos deben apuntar algunos de sus ejes locales a un nudo específico. Para lograr esto, siga los siguientes pasos:

Seleccione los elementos a ser rotados.

Seleccione también el nudo al cual deben apuntar los elementos. Recuerde que debe presionar Shift para seleccionar un nudo además de los elementos (advierta que un solo nudo debe estar seleccionado).

51

Capítulo 2: Ejes locales y globales

Nota.- Un solo nudo debe ser seleccionado. Si varios nudos están seleccionados, presione el comando De-seleccionar nudos y luego elija el nudo correspondiente.

Seleccione el eje local (2 o 3) que desea apuntar a un nudo. Luego presione .

El elemento ahora apunta un eje local (el eje 3 en este caso) a un nudo.

Haciendo que un eje local tenga la misma dirección que un vector formado por dos nudos En ocasiones algunos elementos deben apuntar en una cierta dirección determinada por dos nudos. Para lograr esto, siga los siguientes pasos:

Seleccione los elementos a ser rotados

52

Capítulo 2: Ejes locales y globales

Seleccione los dos nudos que indican la dirección del eje local. Recuerde que debe presionar Shift para incluir un nudo a los elementos seleccionados.

.- Sólo dos nudos deben ser seleccionados. Si varios nudos están seleccionados, presione el comando De-seleccionar nudos.

Seleccione el eje local (2 o 3) que será paralelo al vector. Luego presione .

El eje local elegido (el eje 3 en este caso) ahora esta orientado paralelo al vector.

53

Capítulo 2: Ejes locales y globales

Ejes principales de inercia Como se mencionó anteriormente, RAM Advanse le permite definir de forma independiente la posición de los ejes locales y los ejes principales de inercia (lo que no ocurre en la mayoría de los programas de análisis estructural).

Esta característica del programa le permite asignar las posiciones de los elementos en su estructura más fácilmente, evitando tener que rotarlos en la mayoría de los casos.

Por ejemplo, para un perfil L tenemos:

Posición de los ejes locales Posición de los ejes principales

Los resultados del análisis provistos por RAM Advanse se dan con referencia tanto a los ejes principales como a los ejes locales. Las cargas están referidas a los ejes principales. Normalmente para el diseño se usan los esfuerzos referidos a los ejes principales de inercia. Para cambiar este hecho puede revisar la siguiente sección.

Restricción lateral a torsión Cuando las dimensiones de una sección son introducidas (Configuración/Base de Datos/Secciones/Editar o Configuración/Base de Datos/Secciones/Nueva), el usuario puede establecer una bandera para considerar o no considerar una sección lateralmente restringida a la torsión:

Bandera utilizada para definir los ejes locales o ejes geométricos a ser usados en el diseño de miembros de acero en vez de los ejes principales.

54

Capítulo 2: Ejes locales y globales

Esta bandera debe utilizarse solamente en miembros de acero. Cuando la opción se encuentra habilitada, el programa asume que los ejes principales son coincidentes con los ejes locales en el análisis. Esto es de particular importancia en angulares o perfiles Z lateralmente restringidos a la torsión a lo largo de su longitud, los que pueden ser diseñados sobre la base de los ejes geométricos (ejes locales) en flexión. Existen otras provisiones opciones de diseño en los códigos que deben ser consideradas en el diseño de tales miembros. Vea los capítulos referentes al Diseño de Acero para más detalles.

S

55

Capítulo 3: Miembros físicos, depurado y rotación de estructuras

Capítulo 3: Capítulo 3: Miembros físicos, segmentación, depurado y rotación de estructuras

En este capítulo usted verá el uso de miembros físicos, como eliminar elementos duplicados y nudos sueltos, como segmentar elementos (miembros y placas) y como rotar una estructura.

Miembros físicos y segmentación Son miembros continuos (una sola pieza) a los que pueden unirse otros miembros a lo largo de toda su longitud. Anteriormente, el ingeniero debía de fragmentar los elementos (que físicamente eran solo un elemento) en varios tramos para poder efectuar el cálculo en cualquier programa basado en elementos finitos. Los reportes al ser de elementos nudo-a-nudo, se incrementaban considerablemente debido a la segmentación. Ahora RAM Advanse, le permite crear miembros físicos sin importar el número de segmentos en los que luego se dividirá, presentando además los resultados de acuerdo a los miembros físicos.

Como puede verse, los miembros físicos le permiten la creación de modelos estructurales "tal como se construirán", con la obtención de resultados de acuerdo a dichos miembros. Sin embargo, si no son requeridos por el ingeniero, los miembros físicos pueden no ser usados en el modelo. La decisión se indica al tiempo del análisis, deseleccionado la opción Segmentar automáticamente miembros y placas físicas de la pestaña Modelo FEM de la ventana de análisis (menú Procesar/Analizar estructura...).

Si el ingeniero ha decidido el uso de miembros físicos en el modelo, se recomienda analizar las opciones disponibles en el comando Ver/Modelo de elementos finitos (FEM). Este paso ayudará a evitar un comportamiento no esperado o no controlado de la segmentación de miembros durante el análisis.

El siguiente ejemplo ilustra el proceso de definición de un miembro físico. El usuario solo debe definir los nudos inicial y final del miembro físico sin necesidad de segmentar el elemento en los nudos intermedios.

Considere un miembro continuo (físico) entre los nudos 1 y 5, que está liberado a la rotación en ambos extremos. En vez de definir cuatro miembros entre los nudos 1-2, 2-3, 3-4 y 4-5, el usuario solo necesita definir el miembro físico entre los nudos 1 y 5.

Ejemplo de un miembro (físico) continuo entre los nudos 1 y 5

57

Capítulo 3: Miembros físicos, depurado y rotación de estructuras

Antes de analizar el modelo, el usuario puede ver los elementos finitos actuales (con los miembros físicos segmentados) en el modelo. La opción Segmentar automáticamente miembros y placas físicas está habilitada por defecto. Puede deshabilitar esta opción haciendo clic en la correspondiente caja de comprobación (check box) (Menú Calcular/Analizar estructura…). Note que, para analizar de manera exitosa una estructura en la cual se modelan miembros físicos (es decir, el modelo no representa los elementos finitos actuales en el modelo, pero sí los elementos físicos en el modelo), esta opción debe ser seleccionada.

La segmentación de placas físicas se hace de forma automática, usando un generador de segmentos que aplica un algoritmo rápido y robusto que utiliza el método de avance de frente de Delauny. Esto permite obtener elementos finitos de alta calidad con tamaños de transición óptimos de acuerdo al largo de las placas y del tamaño especificado por el usuario. Con este método ya no se tiene problemas de segmentación.

La segmentación puede ser hecha a los miembros y/o placas (el procedimiento normal segmenta ambos, miembros y placas).

58

Capítulo 3: Miembros físicos, depurado y rotación de estructuras

Si usted selecciona la opción Segmentar placas y no la opción Segmentar miembros, en algunos casos (por ejemplo una placa circundada por vigas), no habrá continuidad entre la placa y los miembros ya que los nudos generados por la segmentación de la placa no se unirán a los miembros. Si selecciona ambas opciones, habrá continuidad en el modelo. Ambos casos se muestran en las siguientes figuras. :

Deformada del modelo cuando se hace una “segmentación de placas” solamente. Note que no hay continuidad entre la placa y el miembro en la parte inferior del modelo.

Deformada del modelo cuando la segmentación se la hace tanto a las placas como a los miembros. Note la continuidad que hay entre la placa y los miembros en la parte inferior del modelo.

El usuario también puede ver el modelo actual de elementos finitos presionando el siguiente botón de la barra de herramientas de Modelo:

Si la estructura no ha sido analizada todavía, el programa le pedirá una tolerancia para generar el modelo de elementos finitos (FEM) (note que la opción de tolerancia también se halla disponible en la ventana de Análisis):

59

Capítulo 3: Miembros físicos, depurado y rotación de estructuras

Tolerancia a ser considerada para el modelo FEM

Esta tolerancia es la máxima distancia entre un miembro y un nudo para considerar que el nudo debe segmentar al miembro en el modelo de Elementos Finitos (FEM). Esto es, si el nudo está más cerca que la tolerancia al miembro, el miembro será segmentado (internamente en el programa) por el nudo en cuestión.

Una vez que el modelo ha sido analizado, usted puede presionar el botón "Modelo de Elementos Finitos (FEM)" y el programa mostrará los miembros físicos y placas segmentados.

Note sin embargo que el miembro físico original será tratado como un solo elemento en los reportes, en el despliegue de resultados y en el diseño.

Si se presenta un error de segmentación durante el análisis, se recomienda aplicar valores más pequeños de tolerancia. Otra alternativa es segmentar individualmente la placa que se indica en el mensaje de error. Para ello seleccione la placa, presione el botón de segmentación y en el cuadro de diálogo seleccione la opción "Miembros y placas seleccionadas".

En ambos casos segmentación de Elementos físicos y segmentación del modelo Elementos Finitos, el usuario puede definir las opciones avanzadas de Nivel de optimización y Factor de calidad de malla, para mejorar la forma y la calidad del tamaño de los elementos segmentados.

El nivel de optimización es utilizado para mejorar la calidad de forma y tamaño de los elementos segmentados y puede definido como un número entre 1 y 10. El nivel 3 es el valor por defecto que es un buen balance entre calidad y capacidad del CPU (tiempo de análisis).

60

Capítulo 3: Miembros físicos, depurado y rotación de estructuras

El factor de calidad de la malla controla el cambio entre forma y tamaño optimizado. El valor por defecto es 0.6 que considera preferentemente la calidad de la forma que el tamaño. Puede ser definido como cualquier número entre 0.1 y 1.

Nota: Los nudos generados con la opción Segmentar automáticamente miembros y placas físicas no son generados con el número de piso o las restricciones de los nudos contiguos.

Ejemplo de una viga continua tratada como un miembro físico.

En el caso de placas, el usuario podría esperar obtener resultados para todo un muro o losa. Sin embargo, las condiciones de uso y las hipótesis de los Elementos Finitos requieren de una malla de elementos relativamente pequeños para obtener resultados confiables. En este case se debe definir una mayor segmentación. Alternativamente, se puede crear nudos en los costados de la placa física, allí donde se requiere que la placa se divida. Este método se lo utiliza para especificar una malla más densa en los puntos singulares como ser puntos de carga o bordes.

1) Defina las dimensiones globales. 2) Defina los nudos a los lados para indicar la malla requerida.

¡Advertencia! El usuario debe siempre revisar el número de divisiones adoptado por el programa. Si las placas físicas no tienen suficientes divisiones los resultados pueden ser inexactos e inclusive inválidos. Refiérase al capítulo 14 para mayores detalles y sugerencias

Nota:

Cuando se esta importando modelos de RAM Structural System, RAM Advanse automáticamente mantiene los miembros físicos definidos en RSS.

¡Advertencia! Si se usa la opción Segmentar automáticamente miembros y placas físicas, es aconsejable verificar el Modelo de Elementos Finitos (FEM) generado.

Debido a que la segmentación siempre obtiene mallas con elementos cuadriláteros, la división entre dos nudos próximos será par y como mínimo dos segmentos (incluso si se especifica una distancia máxima entre nudos, mayor a esta distancia).

61

Capítulo 3: Miembros físicos, depurado y rotación de estructuras

a) Placas y nudos de entrada. b) placas y nudos de salida. En la figura se utilizó una distancia máxima entre puntos de un cuarto de lado de placa; pero al existir nudos intermedios entre estos como mínimo se crearon dos segmentos entre estos.

Cuando se tienen nudos muy próximos y a la vez distancias máximas de puntos muy grandes se pueden obtener elementos muy distorsionados en el modelo FEM. Estos elementos, aunque son válidos, no obtienen buenos resultados en la modelación y es por eso que se presenta el mensaje de:

La calidad (relación de aspecto) de uno o más segmentos de la placa "N"

es muy baja. Es posible que existan nudos muy cercanos en el borde de

la misma

Ejemplo de placa con elementos muy distorsionados.

Depuración del modelo Existen dos comandos disponibles en la barra de Modelo para asistirle en la depuración de datos de su estructura y así evitar errores de análisis:

Presione para unir elementos y eliminar nudos (y elementos) duplicados. Es mejor si ejecuta este comando luego de haber generado copias de su estructura, y antes del análisis de la misma.

Las funciones de este comando son:

62

Capítulo 3: Miembros físicos, depurado y rotación de estructuras

2. Eliminar nudos superpuestos y reconectar los miembros al nudo que queda.

3. Eliminar miembros duplicados (conectadas a los mismos nudos).

4. Eliminar elementos con longitud cero.

5. Elimina los nudos que no tienen ningún elemento conectado a ellos.

Cuando dos nudos se encuentran superpuestos, elimina uno de los dos y reconecta los elementos al nudo restante.

Elimina miembros duplicados. Los miembros se consideran duplicados cuando están conectados a los mismos nudos que otros elementos.

Presione para segmentar elementos (miembros o placas). Cuando un nudo está ubicado a lo largo del eje de un miembro de barra, este comando divide la barra y reconecta los dos elementos restantes al nudo en cuestión.

Cuando un nudo está sobre un miembro de barra, utilice para dividir la barra y conectar las barras resultantes al nudo en cuestión.

Nota: La diferencia entre el botón y el botón es que, con el primero usted puede “ver” el Modelo de Elementos Finitos (FEM) manteniendo los elementos físicos originales inalterados, mientras que con el segundo botón, los elementos físicos serán segmentados (se alterarán los miembros físicos originales).

Precaución: Si utiliza este comando sobre miembros físicos previamente definidos, estos serán segmentados de forma permanente, resultando en varios miembros físicos de menor tamaño. En el caso de placas, el número de divisiones en la placa física se mantendrá, por consiguiente, existirá una

63

Capítulo 3: Miembros físicos, depurado y rotación de estructuras

doble subdivisión, una por placa y otra por los miembros antiguos a ella. En cualquier caso, se sugiere siempre verificar el modelo FEM presionando .

Rotar la estructura Este comando le permite rotar una parte o la totalidad de la estructura. Advierta usted que no nos referimos a la rotación de la vista, sino a la rotación real de la estructura sobre alguno de los ejes globales.

Para rotar la estructura, siga los siguientes pasos:

Seleccione los elementos a rotar (nudos, miembros, y cáscaras) y tome nota de las coordenadas del punto de pivote de la rotación.

Ejecute el comando Rotar estructura.

64

Capítulo 3: Miembros físicos, depurado y rotación de estructuras

Introduzca el punto pivote de rotación, el ángulo de rotación y escoja el eje alrededor del cual rota la estructura.

Después de la rotación verifique los apoyos y orientación de los elementos.

Los nudos rotan respecto al eje seleccionado y no permanecen en el mismo plano vertical u horizontal. Verifique las coordenadas de los nudos cuando termine con la rotación.

65

Capítulo 4: Articulaciones y elementos sólo a tracción

Capítulo 4: Articulaciones y elementos sólo a tracción

Las liberaciones sirven para representar adecuadamente las uniones entre elementos. A través de las Liberaciones, por ejemplo, se representan los elementos articulados.

Nota.- RAM Advanse considera que la unión por defecto es la rígida.

De acuerdo al tipo de unión en sus elementos, usted deberá liberar aquellos esfuerzos que no pueden absorber sus uniones.

Así, por ejemplo, una unión empernada no puede resistir momentos flectores y por tanto usted deberá liberar el elemento a los momentos flectores.

Libere el esfuerzo que no resiste la unión. Por ejemplo, los momentos flectores.

¡Advertencia! El usuario debe notar que si se liberan los extremos de miembros en exceso en una estructura, se pueden obtener algunos nudos con inestabilidad local.

Articulando elementos en ambos extremos Lo más común es que un elemento tenga uniones empernadas a ambos lados. En este caso se deben articular ambos extremos de los miembros.

Para esto, proceda como sigue:

Seleccione los miembros a ser articulados

67

Capítulo 4: Articulaciones y elementos sólo a tracción

Vaya a Miembros/Articulaciones y presione el botón

Los elementos liberados son graficados en la pantalla

Articulando elementos en un solo extremo En ocasiones, usted debe liberar algunos elementos sólo en uno de sus extremos.

Para esto, siga los pasos que se indican:

Seleccione el o los elementos a ser liberados.

68

Capítulo 4: Articulaciones y elementos sólo a tracción

Seleccione el nudo del extremo a ser liberado. Recuerde de presionar Shift para seleccionar el nudo además de los elementos.

Presione el botón para liberar el momento alrededor del eje 33, o presione el botón para liberar el momento alrededor del eje 22

Rigidizando los elementos Por defecto, todos los elementos tienen uniones rígidas. Sin embargo, en caso de que quiera rigidizar elementos previamente articulados, presione los botones complementarios a los explicados arriba:

Rigidiza ambos extremos.

Rigidiza el extremo seleccionado para el momento alrededor del eje 3.

69

Capítulo 4: Articulaciones y elementos sólo a tracción

Rigidiza el extremo seleccionado para el momento alrededor del eje 2.

.- Acuérdese que también puede eliminar todas las liberaciones presionando el botón (Borrar toda la información de la hoja activa).

Miembros sólo a tracción (Tension only) Todos los miembros definidos como sólo tracción serán capaces de resistir sólo fuerzas de tracción. El método que RAM Advanse utiliza para calcular estructuras con estos elementos es no lineal. Este es un procedimiento iterativo para cada estado de carga y por lo tanto todos los estados son analizados incluyendo las combinaciones. Ya no es posible sobreponer resultados de condiciones de carga individuales incluso en un análisis de primer orden.

¡Advertencia!

Las banderas de elementos de solo tracción son ignoradas en el análisis dinámico.

Para definir los miembros tension only, proceda como sigue:

Seleccione los elementos que serán definidos como tension only.

70

Capítulo 4: Articulaciones y elementos sólo a tracción

Presione para definir miembros tension only.

Todos los miembros tension only seleccionados se muestran cuando la opción Articulaciones está presionada.

Pre-tesado de cables En varios casos, los cables y tensores están sujetos a fuerzas de pre-tesado. Esta opción permite considerar la influencia del tesado inicial en la deformación y distribución de los esfuerzos en la estructura. Generalmente se aplica a elementos definidos como tension only.

Para considerar pre-tesado en los elementos proceda como sigue:

Seleccione los elementos deseados.

71

Capítulo 4: Articulaciones y elementos sólo a tracción

Vaya a Miembros/Cargas sobre miembros/Pre-tensado de cables y tensores e ingrese el valor del pre-tensado.

Si la opción Cargas con valores está seleccionada, todos los miembros con cargas de pre-tesado serán mostrados:

72

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Este capítulo trata sobre varios temas mas avanzados que no han sido vistos en capítulos previos.

Puntos cardinales Los puntos cardinales son usados para definir los puntos donde se va a ubicar la sección de los miembros. Estos son usados generalmente para alinear miembros en la posición deseada. Se usan típicamente para modelar miembros excéntricos o de sección variable que se alinean de acuerdo a un centro o a un punto de su perímetro.

Los puntos cardinales disponibles se describen en la siguiente figura:

Puntos cardinales definidos a lo largo del perímetro (1,2,3,4,6,7,8,9), del centro (5) o del centro de gravedad de la sección (0)

La posición por defecto es cero.

Seleccione los miembros deseados para introducir sus puntos cardinales:

Seleccione los miembros.

73

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Vaya a la planilla Miembros/Punto Cardinal (1,2) y seleccione la posición deseada (3) para sus miembros.

El siguiente ejemplo ilustra la función de los puntos cardinales aplicados a miembros de sección variable:

(a) (b) (c)

Ejemplo de diferentes posiciones de los puntos cardinales. A) Miembros de sección variable con la posición por defecto (0), b) miembros de sección variable con la posición (2) (vea la posición del miembro con relación a la de los nudos), y c) miembros de sección variable con extremo rígido (vea la siguiente sección de este capítulo).

Cachos rígidos Los trechos o cachos rígidos son extremos de miembros infinitamente rígidos en comparación al resto del elemento. No existe deformación por flexión o corte dentro de la longitud del trecho rígido.

Los cachos rígidos son usados comúnmente, para modelar adecuadamente las uniones de la estructura, cuando estas son considerablemente grandes, o para modelar columnas excéntricas.

74

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

RAM Advanse ofrece dos posibilidades de considerar extremos rígidos, la primera toma en cuenta los extremos rígidos en el eje del miembro y se usa en conjunción con los puntos cardinales y el segundo método adopta cachos rígidos orientados en tres direcciones de acuerdo a los ejes globales. Se recomienda sólo usar un método en cada modelo dependiendo de las características particulares de la estructura.

En el primer método, los extremos rígidos se han de considerar cuando las dimensiones de la sección son grandes. Los valores de los extremos rígidos J y K son usados para definir las distancias que se solapan. La luz libre entre miembros será la distancia entre nudos menos la de los extremos rígidos. Las cargas distribuidas o puntuales en cada miembro serán consideradas sólo en esta longitud.

Extremos rígidos, Leff =luz libre del miembro, L=longitud del miembro

Observe que las cargas y fuerzas en los miembros se van a dar siempre a lo largo de la luz libre del miembro considerando los extremos rígidos.

Para introducir miembros con extremos rígidos, siga el siguiente procedimiento:

1. Defina los miembros y asigne sus secciones.

2. Seleccione los miembros deseados.

3. Vaya a Miembros/Punto cardinal y use la herramienta para crear extremos rígidos:

75

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Extremos rígidos definidos con la herramienta de la planilla de punto cardinal.

El segundo método para definir extremos rígidos permite considerar cachos en cualquier dirección independientemente del eje longitudinal del miembro. Los cachos se definen en coordenadas globales. El usuario tiene varias herramientas para definir los cachos. Vea la ayuda contexto sensitiva para mayores detalles.

Para modelar extremos rígidos con cachos, proceda de la siguiente forma:

Inicialmente las secciones se interceptan.

Seleccione el miembro y el nudo en el extremo donde se aplicará el cacho rígido. Acuérdese de presionar Shift para seleccionar mas de un elemento.

76

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Presione el botón para crear cacho rígido.

El cacho rígido ha sido creado.

Advertencia: Esta herramienta sólo trabaja con columnas segmentadas (no con columnas físicas)

Advierta que también se puede introducir columnas excéntricas con cualquiera de los métodos descritos. Considerando por ejemplo el segundo método, se puede proseguir de la siguiente manera:

Seleccione toda la columna.

77

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Vaya a Miembros/Cachos rígidos y presione el botón que venga al caso:

La excentricidad de la columna ha sido creada.

Vigas a tope Los puntos cardinales o los cachos rígidos (segundo método) pueden utilizarse para alinear vigas a tope. Proceda de la siguiente manera:

Seleccione las vigas a asignar a tope

78

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Si Ud. está usando puntos cardinales, seleccione su planilla y adopte la posición 2 para los miembros seleccionados.

O vaya a la planilla de Cachos rígidos y presione el siguiente botón .

Las vigas seleccionadas han sido alineadas a tope.

79

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

¡Advertencia! El uso de puntos cardinales y cachos rígidos para alinear vigas a un nivel de piso puede alterar la distribución de los momentos flectores en las vigas. Vea la siguiente sección para más detalles.

80

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Algunos consejos con relación al uso de cachos rígidos y puntos cardinales Es importante mencionar que ambos métodos pueden ser usados para definir el eje longitudinal de un miembro. El método a adoptar dependerá de la facilidad con la que se pueden definir los datos requeridos para el modelo dado. Los puntos cardinales permiten, en general, definir fácil y automáticamente la ubicación del eje para ubicaciones comunes como ser el borde superior o inferior de la sección (internamente el programa adopta los cachos rígidos respectivos). Los cachos rígidos se pueden adecuar a cualquier condición particular.

Presione el botón para desplegar tanto los cachos rígido (en rojo) como los puntos cardinales (en verde) de los miembros seleccionados.

Es importante notar que tanto los cachos rígidos como los puntos cardinales alteran el modelo y esto va influenciar en los resultados. Tomemos por ejemplo una viga de dos segmentos con una carga uniformemente distribuida con los apoyos extremos articulados. El diagrama de momentos va a tener una forma conocida:

Viga de dos segmentos articulada en sus extremos sin cachos rígido ni puntos cardinales.

Si se incluyen cachos rígidos para alinear la viga con el piso, se estará modificando el modelo:

81

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Viga con dos segmentos y puntos cardinales o cachos rígidos. Observe que la distribución de los momentos flectores ha cambiado y que se ha generado una carga axial por la excentricidad de los apoyos.

Los cachos rígidos modifican también la distribución de los mementos flectores en modelos más complejos, originando discontinuidades donde se concentran las cargas transmitidas por otras vigas (ver la siguiente figura).

Modelo sin cachos rígidos con diagrama de momentos continuo.

82

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Modelo con cachos rígidos con discontinuidades en los diagramas de momentos. Parte de los momentos son tomados por los cachos rígidos.

El ingeniero debe ejercer criterio para considerar o no los cachos rígidos en su modelo. En algunos casos su uso puede no ser apropiado o sólo puede considerarse para desplegar la vista en 3D y obtener una vista más real de la estructura no utilizándose para el análisis.

Uso simultáneo de articulaciones y cachos rígidos Se debe tener mucho cuidado cuando se utilizan cachos rígidos y articulaciones en forma simultánea.

Uno de los peligros radica en la creación de inestabilidades en las inmediaciones de apoyos articulados.

Inestabilidad por el uso simultáneo de cachos rígidos y articulaciones en las inmediaciones de apoyos articulados.

En el caso de uniones entre vigas es muy importante notar que considerando que las articulaciones son puestas al final de los cachos rígidos, el uso simultaneo de cachos rígidos y articulaciones va a influir en la resistencia de las vigas de apoyo, las cuales están resistiendo principalmente sobre la base de su rigidez torsional. Lo que no es deseable ni adecuado en la modelación ya que se alteran las deformaciones y solicitaciones en los miembros. En este caso tampoco se está considerando el posible efecto de piso rígido.

Las vigas de apoyo resisten a torsión cuando se adoptan cachos rígidos y articulaciones en nudos entre vigas.

En conclusión, se sugiere no utilizar cachos rígidos y articulaciones en uniones entre vigas. El uso simultáneo de estos debe reducirse a uniones viga-columna, ubicando los cachos en las vigas.

Diafragma rígido En edificios, hay una consideración muy importante que usted siempre debe tener en cuenta, y es el piso rígido o diafragma rígido.

La opción de piso rígido es muy importante porque modela la rigidez en el plano creada por las losas. Esto hace que todos los nudos de un mismo piso se trasladen en la dirección de los ejes X y Z, y roten alrededor del eje Y, en conjunto.

83

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Todos los nudos de un mismo piso se trasladan en conjunto.

(Tienen la misma traslación cuando no existe rotación alrededor de Y).

Todos los nudos de un mismo piso rotan en conjunto alrededor de Y

El ingeniero debe decidir si la suposición de diafragma rígido es apropiada para su estructura. Esta opción de piso rígido da más realidad a los resultados y además hace que las vigas no tengan cargas axiales ni momentos biaxiales, tal como ocurre en la realidad. También puede resultar en un análisis más rápido de la estructura. Es importante hacer notar que el programa acepta una tolerancia en la diferencia de coordenadas “y” de hasta 0.4 pulgadas o 1cm, la cual es razonable para cualquier edificio de tamaño normal pero no es adecuada para estructuras muy pequeñas. El punto de rotación o nudo maestro del piso se adopta coincidente con el nudo con masas (sólo se acepta un nudo con masas por piso) y en el caso en el que no exista ningún nudo con masas, el nudo maestro será coincidente con el primer nudo del piso.

Cuando se activa el piso rígido, la rigidez transversal no es afectada.

¡Importante!

Para utilizar el diafragma rígido los edificios deben tener la elevación en la dirección Y.

Introduciendo Diafragma rígido Para introducir el diafragma rígido, realice los siguientes pasos:

84

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Seleccione los nudos de un piso (todos los nudos seleccionados deben tener la misma coordenada Y)

Vaya a Nudos/Diafragma rígido y presione el botón .

El diafragma rígido ha sido introducido

Luego realice los mismos pasos hasta completar todos los pisos.

.- Recuerde que para borrar los diafragmas rígidos puede presionar el botón que borra todo el contenido de la hoja de datos actual.

¡Importante!

Para utilizar el diafragma rígido, todos los nudos de un piso deben tener la misma coordenada en Y.

Presiones sobre miembros En estructuras al aire libre (torres, antenas, puentes, etc.) la fuerza del viento puede ser introducida como una presión sobre los elementos. Durante el análisis, RAM Advanse encuentra la superficie proyectada (depende de las dimensiones de la sección) y halla una fuerza distribuida equivalente.

Vaya a Miembros presione el botón Cargas sobre miembros y luego el botón Presiones (nieve, viento, etc.)

Las presiones de un miembro son introducidas en las celdas Pres.X, PresY, PresZ.

85

Capítulo 5: Puntos cardinales, Cachos rígidos, Diafragma rígido y Presión sobre miembros

Las presiones sobre miembros son ingresadas en las columnas Pres.X, Pres.Y, Pres.Z.

Pres X: Presión del viento en la dirección X.

Pres Y: Presión del viento en la dirección Y.

Pres Z: Presión del viento en la dirección Z

86

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

RAM Advanse viene con una base de datos completa de secciones. Sin embargo, con absoluta certeza, usted requerirá crear sus propias secciones y materiales.

Creando nuevas secciones Para crear sus propias secciones, siga los siguientes pasos:

Ejecute el comando Configuración/Base de datos/Secciones.

Presione el botón Nueva.

87

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

Escoja con el ratón el tipo de sección que desea crear.

88

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

Introduzca el sistema de unidades(1), el nombre (2) y los datos de la sección (3) y luego presione OK. (Vea abajo sobre nombres válidos de secciones).

Ahora usted puede usar estas nuevas secciones en cualquier estructura ya que forman parte de la base de datos del programa.

Observe que las secciones AISC se muestran en negro o amarillo, las secciones de madera (NDS) se muestran en café y amarillo , las secciones BS en azul y las secciones AISI comienzan con las letras “aisi”.

Nombres de secciones Los nombres de las secciones deben estar compuestos por tres partes:

1. Tipo de sección (con o sin espacios)

2. Un espacio

3. Designación o descripción (con o sin espacios)

Por ejemplo ‘PIPE 1-1_4x0.191, donde ‘PIPE’ es el tipo de sección, luego viene un espacio ‘ ‘ precedido por ‘1-1_4x0.191’ que es la designación (con o sin espacios).

Donde el tipo de sección es, por ejemplo, “W”, “T2L”, “TUBE”. El tipo de sección no debe tener espacios. Luego viene un espacio “ “ y finalmente se tiene la designación que es una descripción de las dimensiones de la sección, por ejemplo, “2x25x15”, “15x22x1.5”. Las designaciones aceptan el carácter de división “/”, guiones, caracteres especiales, puntos o espacios.

Importante.- El Tipo de Sección indica además a que grupo pertenece la sección. Así por ejemplo, si la sección se llama “PIPE 1-1_4x0.191”, esta se guardará en el grupo PIPE. En caso de que no exista un grupo de nombre PIPE, entonces RAM Advanse creara un nuevo grupo. Por lo tanto si se desea que la sección pertenezca a un tipo definido debe tener el nombre exacto.

Nombres válidos de secciones son:

W 15x25

TUBE 15x10

TUBE 15_25

Nombres no válidos son:

W15x25 (falta el espacio)

Por lo menos el nombre debe tener un espacio.

Conjuntos de secciones Un conjunto de secciones se define como un grupo de miembros que será considerado en la optimización. Las secciones en un conjunto deben ser ordenadas de acuerdo al orden en el cual quieren ser consideradas en la optimización. Note que el ingeniero puede usar diferentes tipos de secciones en el mismo conjunto (W, C etc.), y pueden ser diseñados por diferentes normas (p. ej.: NDS, BS, AISI y AISC).

Usted puede crear un nuevo conjunto de secciones ejecutando el comando Configuración/Base de Datos/Secciones/Conjuntos de secciones para la optimización y ejecutando los siguientes pasos:

89

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

Pasos para crear un nuevo conjunto de secciones para la optimización.- La ventana de Conjuntos se divide en diferentes partes. La primera ventana despliega una lista de los conjuntos disponibles. La segunda ventana despliega la lista de secciones componentes del conjunto actualmente seleccionado.

1. Presione el botón para crear un nuevo conjunto. Luego ingrese un nombre para el conjunto en la ventana de diálogo. El nombre del conjunto debe ser un nombre de archivo válido y único. RAM Advanse creará un archivo de texto con este nombre donde guardará la lista con los nombres de las secciones. Los archivos de conjuntos pueden ser editados usando Notepad o cualquier otro editor de texto. El archivo se encuentra ubicado en el subdirectorio “Sets” (en el directorio principal de RAM Advanse).

2. Seleccione uno de los grupos que contiene las secciones deseadas.

3. Seleccione con el ratón las secciones deseadas a ser incluidas en el conjunto (arrastre una lista continua, o presione ctrl + botón izquierdo del ratón para seleccionar secciones discretas).

4. Presione el botón para aumentar las secciones seleccionadas.

5. Repetir los pasos 2 a 4 cuantas veces sean requeridos. Note que cuando las secciones son añadidas al conjunto, no se duplican. Esto significa que las secciones no son adicionadas si ellas ya existen en el conjunto, usted sólo podrá tener una sección en una sola posición dentro del conjunto.

6. Ordene las secciones en la lista de acuerdo a su peso o a cualquier otro criterio.

Parámetros para el diseño de miembros de acero

Restricción lateral a la torsión Cuando la opción está activada, el programa asume que los ejes principales coinciden con los ejes locales. Esto es de particular importancia en perfiles angulares o tipo Z restringidos a la torsión a lo

90

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

largo de su longitud, los cuales pueden ser diseñados sobre la base de la flexión de sus ejes geométricos (ejes locales).

Por ejemplo, una viga angular cargada de forma paralela a uno de sus lados se curveará y flexionará solamente respecto a ese lado si el angular se encuentra restringido lateralmente a lo largo de su longitud. En este caso ocurre una flexión simple sin ninguna rotación torsional o deformación lateral y las propiedades de sección respecto a los ejes geométricos deben ser usadas en la evaluación de los esfuerzos:

Los ejes geométricos 2 y 3 deben ser usados en vez de los ejes principales 2' y 3' para vigas angulares restringidas lateralmente a la torsión.

Existen otras provisiones de diseño en las normas que deben ser consideradas en el diseño de tales miembros. Para más detalles vea el capítulo dedicado al diseño de acero que se encuentra más adelante en este manual.

Secciones variables RAM Advanse ofrece la posibilidad de considerar miembros de sección variable con una variación lineal de su altura. El ancho de la sección y el espesor del patín se consideran constantes a lo largo del miembro. A pesar de que el programa puede analizar cualquier tipo de sección variable, el diseño está restringido a miembros de acero laminados en caliente con una sección que posea al menos un eje de simetría perpendicular al plano de flexión.

En este caso, el usuario debe asignar una sección al miembro siguiendo los pasos ilustrados en la figura, después de haber seleccionado los miembros deseados:

91

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

Luego se deben introducir las alturas iniciales y finales del miembro. d0 es la altura en el extremo J del miembro de sección variable (vea la siguiente figura) mientras que dL es la altura en el extremo K del miembro.

Si d0=0 y dL=0, el programa considera que la altura en el extremo J es igual a la altura especificada de la sección adoptada (d0=d). Si d0>0 y dL>0 se asume que la sección varía linealmente desde d0 en el extremo J hasta dL en el extremo K.

Note que un miembro de sección variable en un solo lado puede ser obtenido mediante el uso de puntos cardinales como se ilustra en la siguiente figura:

92

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

Utilice la opción de Puntos cardinales para alinear la sección en la posición 2. De esta manera la sección se alineará por la parte superior central.

Alternativamente puede utilizar cachos rígidos para alinear la sección.

En RAM Advanse v9.0 ha sido implementado un nuevo análisis para secciones I_tapered (i.e. secciones de alas iguales) con el propósito de mejorar la precisión, el tiempo de análisis y espacio en el disco cuando se analizan este tipo de miembros. Una formulación flexible es adoptada en el cual el equilibrio interno de las ecuaciones es satisfecha exactamente y la matriz de rigidez exacta es calculada. Por lo tanto, es requerido solo un elemento para análisis lineal. Similarmente, cargas aplicadas a los elementos de sección variable son manejadas con una formulación flexible, por lo cual, sus efectos exactos son incluidos en el elemento.

Para análisis de segundo orden, estos miembros son divididos en cuatro elementos con el proposito de obtener la precisión requerida.

El análisis de miembros con secciones diferentes a I_tapered se realiza con una subdivisión interna del miembro en 6 elementos con una variación escalonada de las propiedades de sección. La matriz de rigidez de todo el miembro se ensambla considerando cada sub-elemento con una sección prismática equivalente correspondiente a la altura media del sub-elemento. Todas las propiedades de sección de cada sub-elemento pueden ser calculadas de una manera similar a la de miembros prismáticos lo cual aumenta el tiempo requerido para la solución. O también se pueden calcular utilizando la subrutina Prop TaperedProperties que forma parte del macro de secciones. Esto reducirá el tiempo requerido para la solución y permitirá adoptar propiedades de sección en forma más precisa (Ver capítulo 15)

93

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

Miembros de sección variable son subdivididos en 6 sub-elementos con sección prismática equivalente.

Note que RAM Advanse está provisto con una plantilla de sección especial incorporada que facilita la creación de miembros de sección variable. Para crear una nueva sección variable vaya a Configuración/Base de datos/Secciones y cree una nueva sección usando la plantilla de secciones I_Tapered. Note que no se introduce ninguna altura del alma ya que se asume que el usuario especificará los datos de altura inicial y final del alma en la hoja electrónica. Para mayores detalles acerca del diseño de miembros metálicos de sección variable vea los capítulos de Diseño de Miembros de Acero (Normas AISC o BS).

Creando materiales Para crear sus propios materiales, siga los siguientes pasos:

Ejecute el comando Configuración/Base de datos/Materiales.

94

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

Seleccione la carpeta deseada y presione

Introduzca los datos del material y luego presione Aceptar.

- Note que puede utilizar cualquier tipo de unidades. Ud. puede seleccionar el sistema deseado o introducir las unidades con cada dato. Para más detalles vea la ayuda contexto sensitiva.

Importando y exportando secciones y materiales Esta nueva característica le permite importar y exportar secciones y materiales al portapapeles.

Para exportar materiales, seleccione el grupo a ser exportado.

95

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

Luego, presione el botón de exportación . Los datos pueden ser colocados en cualquier editor de texto u hoja electrónica como el Bloc de notas o Excel:

Para importar datos de materiales o secciones, se recomienda primero exportar una muestra del tipo de material o sección a ser importada, ingrese los nuevos valores en sus correspondientes campos y luego proceda a copiar la información al portapapeles. Observe que todos los nombres de los diferentes campos se encuentran en inglés. Esta es una de las razones por las cuales se aconseja exportar primero un ejemplo para disponer de los nombres correctos de cada parámetro.

Note que las propiedades calculadas de una sección (p.ej. área, inercia, etc.) pueden ser ingresadas junto con las propiedades geométricas. Estos valores ingresados se sobrepondrán sobre los valores calculados si la propiedad de sólo lectura (ReadOnly) se pone en verdadero (true). Las propiedades no ingresadas serán calculadas. Note que cuando se habilita la propiedad de sólo lectura (ReadOnly=true), el programa preserva las propiedades introducidas y no deja que se sobreescriban con las propiedades calculadas. Esta característica es particularmente útil con secciones de acero, donde los valores de tablas pueden ser ligeramente diferentes de aquellos calculados por el programa. Por favor revise los archivos Excel proporcionados con varios grupos de secciones y sus propiedades que se encuentran en el directorio Tables o visite nuestro web site (www.ramint.com) para bajarse los últimos archivos actualizados con varias secciones tabuladas. 96

Capítulo 6: Creando secciones y materiales

Los pasos para importar datos son los siguientes:

• Defina los campos requeridos

• Introduzca los datos en una hoja electrónica

• Copie los datos al portapapeles

• Presione el botón en RAM Advanse para pegar la información en la base de datos

Adicionalmente, existen dos opciones para la importación de secciones.

1. Desde archivos de texto, utilizando el botón .

2. Desde el "Master Steel Tables" de RAM Structural System, utilizando el botón .

Para importar datos desde RAM Structural System (RSS) seleccione la tabla deseada (archivo con extensión .tab) y esta será importada de forma automática. Para más información sobre las tablas de RSS vea el manual de RAM Manager.

97

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Las plantillas (Templates en inglés) son un concepto único y nuevo introducido por RAM Advanse. Usando plantillas usted puede introducir estructuras en una fracción del tiempo requerido normalmente. Las plantillas le pueden ayudar en la generación de segmentos o partes de una estructura.

Una de las grandes ventajas de las plantillas es que usted mismo puede crear sus propias plantillas para las estructuras más comunes y luego incorporarlas en el programa RAM Advanse. Vea el capítulo Creando plantillas de Estructuras para obtener información sobre como crear plantillas.

RAM Advanse ya viene con unas cuantas plantillas parciales pero usted puede visitar nuestra página web www.ramint.com para bajar gratis las últimas plantillas creadas por nosotros y por otros usuarios de la comunidad RAM Advanse.

Este capítulo explica como usar las plantillas parciales para generar sus estructuras rápidamente.

Para usar éstas plantillas, usted deberá saber como introducir datos en RAM Advanse. Por lo tanto sugerimos leer antes el Manual de ejemplos de RAM Advanse, en caso que no lo haya hecho todavía.

Plantillas Cuando una plantilla es ejecutada, ésta genera automáticamente los nudos, miembros y descripciones. Información adicional como apoyos, materiales, etc., debe ser introducida manualmente.

Para ejecutar una plantilla se requieren tres pasos:

1. Introducir los nudos que requiere la plantilla.

2. Seleccionarlos en el orden requerido por esta.

3. Ejecutar la plantilla e introducir la información que se le pregunta como número de segmentos, etc.

Ejemplo 1: Creando una cercha Por ejemplo, vamos a crear una cercha usando la plantilla Truss1, que requiere los nudos indicados abajo:

Plantilla Truss1 requiere 4 nudos de referencia y el número de segmentos.

Para crear una cercha siga los pasos indicados abajo:

Introduzca los nudos ilustrados en la siguiente figura:

99

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Vaya a Nudos/Coordenadas e introduzca los nudos que se muestran

Introduzca los nudos ilustrados. Advierta que puede introducirlos en cualquier orden.

Luego seleccione los nudos en el orden indicado a continuación, que es el orden que requiere la plantilla.

Seleccione los nudos como se indica.

Luego ejecute la plantilla de una de las siguientes dos formas:

1. Vaya a la planilla Miembros/Conectividad (Nudos y descripción) y presione el botón

2. Vaya a Herramientas/Generación de datos/Plantillas

100

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Para ejecutar la plantilla, vaya a Miembros/Nudos y descripción o Herramientas/Generación de datos/Plantillas.

Luego, seleccione la plantilla Truss1 y presione OK.

Seleccione la plantilla Truss1 y presione OK.

101

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Luego introduzca los datos que se requieran. En este caso introduzca 3 en el número de segmentos.

Introduzca el número de segmentos. Para este ejemplo introduzca 3.

La cercha ha sido creada.

Nota.- Advierta usted que es muy importante el orden en que se selecciona los nudos antes de usar la plantilla.

Las plantillas generalmente crean descripciones sin significado como "g1", "g2", "h1", etc. Por tanto, usted deberá cambiarlas por descripciones con algún sentido práctico.

Las descripciones creadas por las plantillas son g1, g2, g3, etc.

Para cambiar las descripciones por otras, siga los siguientes pasos:

102

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Seleccione la descripción que desea cambiar. Para esto, seleccione un miembro del grupo y luego

presione el botón

Luego vaya Miembros/Nudos y Descripción y presione el botón

Realice el mismo paso para las demás descripciones.

Cambie las descripciones generadas por la plantilla por otras que desee.

Nota.- Recuerde que para crear las descripciones "diag1" usted deberá escribirla y luego presionar el botón

103

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Ejemplo 2: Creando una estructura completa El gran poder de las plantillas se hace evidente cuando se los usa para generar estructuras completas.

Por ejemplo, la estructura mostrada abajo, será introducida usando plantillas.

Esta estructura será introducida usando plantillas.

Siga los siguientes pasos:

3. Seleccione el sistema de unidades que prefiera. En este caso, seleccione el Sistema Métrico

4. Introduzca los nudos de referencia

Introduzca los nudos de referencia para las plantillas (en metros).

Luego introduzca las columnas como se ilustra. Acuérdese de asignar una descripción COL1.

Introduzca las columnas y asigne la descripción COL1.

Para generar la cercha principal, se usará la plantilla roofTruss1

104

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Para la cercha principal se usará la plantilla Roof Truss1.

1. Seleccione los nudos en el orden indicado.

Seleccione los nudos en el orden indicado.

2. Ejecute la plantilla roofTruss1 e introduzca el número de segmentos (4 en este ejemplo).

Ejecute la plantilla RoofTruss1

105

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Introduzca el número de segmentos (4).

Nota.- Advierta usted que si no seleccionó todos los nudos que requiere la plantilla, le saldrá el mensaje "Seleccione 6 nudos para usar esta plantilla".

La cercha principal ha sido generada.

Luego cambie las descripciones por las que se ilustran a continuación

Cambie las descripciones como se ilustra.

Luego copie toda la estructura 3 veces, con un DeltaZ de 5 m

106

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Copie toda la estructura 3 veces, con un Delta-Z de 5 mts. Ahora serán generadas las cerchas laterales usando la plantilla Truss1.

Se usará la plantilla Truss1 para generar las cerchas laterales.

Para esto, seleccione los nudos indicados a continuación:

Seleccione los nudos en el orden indicado en la figura.

Seleccione la plantilla Truss1

Introduzca el número de segmentos. Introduzca 12 en este caso.

107

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Como ve, la cercha lateral ha sido generada

Luego cambie las descripciones por las indicadas en la figura.

Repita los pasos anteriores para generar la cercha lateral restante y la cercha central.

Repita los pasos anteriores para generar las cerchas central y lateral.

Luego introduzca las costaneras.

Para introducir las costaneras, seleccione los nudos ilustrados

108

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Luego presione el botón

Completando información Como ve, toda la geometría de su estructura ha sido completamente introducida, que es la información más morosa de introducir.

En este punto, la estructura está lista para que se le introduzca la información faltante como apoyos, secciones, material, cargas, etc.

Para introducir la información faltante, por favor proceda como se explica en el Asistente de RAM Advanse (F4).

Por ejemplo, para introducir las secciones de la estructura, realice los siguientes pasos:

Seleccione una descripción. Para esto, seleccione primero un miembro del grupo y luego presione el

botón y luego asigne la sección.

109

Capítulo 7: Plantillas de estructuras

Vaya a la planilla miembros, escoja la sección que desea, y presione el botón

Las secciones para esa descripción han sido introducidas.

Como usted notará en este punto, es de mucha importancia asignar adecuadamente las descripciones adecuadas para luego completar la información faltante en forma rápida y ágil.

110

Capítulo 8: Varios temas adicionales

Capítulo 8: Varios temas adicionales

Generación de combinaciones de cargas

Soportes elásticos

Desplazamientos prescritos

Peso propio

Cargas térmicas

Generación de nudos Este capítulo trata sobre varias características adicionales que provee RAM Advanse.

Generación de combinaciones de carga Esta herramienta de utilidad permite al ingeniero generar combinaciones de carga a ser usadas en el modelo. La herramienta es llamada con el comando Cargas/Generar combinaciones de cargas del menú principal. En la ventana desplegada el ingeniero puede introducir un archivo plantilla para la norma de edificios local de donde las combinaciones de carga puedan ser generadas (basadas en las categorías de las condiciones de carga, DL para cargas muertas, LL para cargas vivas, etc.). Note que puede guardar o recuperar este archivo para su uso en cualquier estructura o en los módulos de detallamiento de vigas continuas, muros de contención, etc.

Ventana para la generación de combinaciones de carga.

Las fórmulas deben ser organizadas en el siguiente orden:

3. Símbolos matemáticos (+, -).

4. Las palabras AND u OR seguidas siempre por un espacio. Note que el resto de los componentes de las fórmulas pueden o no estar separados por espacios.

5. Un factor que puede ser cualquier número real.

111

Capítulo 8: Varios temas adicionales

6. El nombre de la categoría deseada. (Este nombre debe contener símbolos válidos asociados a cada condición de carga individual).

7. Los pasos 1 – 4 deben repetirse la cantidad de veces requerida.

8. Líneas de comentario especiales son también permitidas si comienzan con "//".

Note que la palabra reservada AND se utiliza para que cada combinación de carga a ser generada, incluya TODAS las condiciones de carga que pertenecen a la categoría específica, mientras que la palabra reservada OR se utiliza para generar diferentes combinaciones de carga para cada condición de carga de la categoría especificada.

El siguiente ejemplo ilustra el procedimiento

//Ejemplo de combinaciones

+AND 1.40DL + AND 1.70LL

+AND 1.05DL + AND 1.28LL + OR 1.40EQ

Si hay una sola condición de carga muerta (DL1,categoría=DL), dos condiciones de carga viva (LL1,LL2,categoría=LL) y dos condiciones de carga sísmica (EQ1,EQ2,Categoría=EQ) las siguientes combinaciones de carga serán generadas:

1.4DL1 + 1.7LL1 + 1.7LL2

1.05DL1 + 1.28LL1 + 1.28LL2 + 1.4EQ1

1.05DL1 + 1.28LL1 + 1.28LL2 + 1.4EQ2

Como podrá notar, las condiciones de carga sísmica no están incluidas en la misma combinación, debido a la designación OR, mientras que las cargas vivas siempre están en la misma combinación debido a la designación AND.

Cuando se presiona el botón Aceptar, se generarán las combinaciones basadas en las combinaciones de carga seleccionadas y las condiciones de cargas actualmente disponibles. Es importante notar que solamente los nombres de las categorías pueden ser usados en el editor. Las combinaciones de carga en el archivo plantilla serán ignoradas si contienen una categoría de carga que no está actualmente en el modelo.

Vea los archivos de ejemplo (ruta: Directorio principal RAM Advanse /combos) que vienen con el programa los que contienen las combinaciones de cargas básicas a considerar por las diferentes normas.

Para generar combinaciones de diseño, servicio o sismo amplificado en el diseño se debe aumentar una de las siguientes líneas al inicio del archivo, para que las combinaciones generadas tengan además su tipo:

[COMBOTYPE=COMBO_SERVICE_STEEL]

[COMBOTYPE=COMBO_DESIGN_STEEL]

[COMBOTYPE=COMBO_AMPLIFIED_SEISMIC]

[COMBOTYPE=COMBO_SERVICE_CONCRETE]

[COMBOTYPE=COMBO_DESIGN_CONCRETE]

112

Capítulo 8: Varios temas adicionales

[COMBOTYPE=COMBO_SERVICE_WOOD]

[COMBOTYPE=COMBO_DESIGN_WOOD]

[COMBOTYPE=COMBO_SERVICE_MASONRY]

[COMBOTYPE=COMBO_DESIGN_MASONRY]

Revise alguno de los archivos que se tienen en el fólder Combos con cualquier editor de texto para ver algunos ejemplos de generadores que van incluidos con el programa. Las extensiones “*.cbg” son para vigas continuas, las “ *.rag” son para aplicaciones en general (principalmente RAM Advanse y los módulos de muros) y *.rwg” para muros de contención.

Soportes elásticos Los soportes elásticos son modelados en RAM Advanse a través de resortes.

El valor del resorte es igual al coeficiente de balasto del terreno, multiplicado por el área de influencia del nudo.

Kresorte = Kbalasto * área de influencia del nudo

Es responsabilidad del ingeniero la obtención de la rigidez apropiada del resorte.

Para introducir resortes, proceda de la siguiente forma:

Seleccione los nudos que tienen resorte.

113

Capítulo 8: Varios temas adicionales

Vaya a Nudos/Resortes.

Escriba el valor del resorte en la dirección correspondiente, y luego presione el botón .

Note que puede utilizar la herramienta para modelar zapatas . Esta herramienta podrá asistirlo en la entrada de valores apropiados para los resortes rotacionales y traslacionales bajo una zapata de dimensiones conocidas. Vea el capítulo de Diseño y Detallamiento de Zapatas para más información.

Los resortes han sido introducidos.

Nota.- Un nudo no puede estar restringido y al mismo tiempo tener resorte en una misma dirección. Sin embargo, si es posible que un nudo tenga restricciones y resortes en diferentes direcciones.

Desplazamientos prescritos Esta opción se usa para aplicar desplazamientos específicos al suelo (traslaciones y rotaciones) en los nudos que se encuentran restringidos en el grado de libertad respectivo (con conexiones rígidas). Ud. tiene que especificar los diferentes componentes de los desplazamientos en coordenadas globales (TX, TY, TZ, RX, RY, RZ). Sólo los componentes que se encuentran con su grado de libertad restringido van a solicitar a la estructura.

Proceda de la siguiente manera para introducir desplazamientos prescritos:

114

Capítulo 8: Varios temas adicionales

Seleccione el/los nudo(s) con desplazamientos prescritos.

Introduzca los desplazamientos prescritos en los grados de libertad restringidos.

Peso propio Si usted desea, RAM Advanse puede calcular el peso de los elementos (placas y /o miembros) de la estructura. Para activar el cálculo de peso propio, siga los siguientes pasos:

Seleccione la condición de carga en la cual actúa el peso propio

Vaya a Gen/Peso Propio y presione el botón .

115

Capítulo 8: Varios temas adicionales

Nota.- Para desactivar el cálculo de peso propio, presione el botón .

Nota.- Advierta usted que también puede escribir el valor del vector del peso.

Cargas térmicas Cuando existen diferencias de temperaturas en el ambiente, o en las caras de los miembros, puede usted introducir estas cargas térmicas de la siguiente forma:

Vaya a Miembros presione el botón Cargas sobre miembros y luego vaya a Diferencias de temperatura.

Los cambios de temperatura de un miembro son introducidos en las celdas Temp 1, Temp 2, y Temp 3. Note que el diferencial de temperatura debe estar en grados Fahrenheit si las unidades están en el Sistema Inglés, de lo contrario, deberán ser grados centígrados. Las cargas de temperatura son aplicables solamente a elementos lineales y no pueden ser aplicadas a placas.

Temp1 es el diferencial de temperatura que causa expansión axial (valores positivos) o acortamiento (valores negativos) en la longitud del miembro.

Temp2 es el gradiente de temperatura por unidad de longitud en el eje local 2. Causa flexión alrededor del eje 3.

Temp3 es el gradiente de temperatura por unidad de longitud en el eje local 3. Causa flexión alrededor del eje 2.

Generación de nudos RAM Advanse tiene varios métodos para generar nudos. Es importante para el usuario conocerlos con el objeto de optimizar el tiempo de la introducción de datos:

1. Uso de plantillas. El usuario ingresa los nudos requeridos para ubicar la nueva porción de la estructura que será generada, incluyendo los nudos. Esta herramienta es muy útil para cerchas o estructuras con geometría típica. Para más detalles vea el capítulo Plantillas de estructuras.

2. Importar de archivos DXF. Esta opción le permite definir la geometría básica (esto es, los nudos y los miembros), transfiriendo datos entre programas de dibujo y RAM Advanse. Esta opción es particularmente útil cuando la geometría es muy complicada y las coordenadas de los nudos no son fácilmente definidas. El usuario puede dibujar la estructura en cualquier programa de dibujo y luego importar los datos en RAM Advanse. Para más detalles vea el capítulo Importando y Exportando Datos.

3. Importar de Excel y otras aplicaciones de hojas electrónicas. El panel de datos de RAM Advanse tiene funciones limitadas para manipular los datos. Consecuentemente, si las

116

Capítulo 8: Varios temas adicionales

coordenadas de los nudos pertenecen a funciones especiales como ser funciones trigonométricas o exponenciales, el usuario puede generar las coordenadas en aplicaciones como Excel que se encuentran plenamente equipadas con esas funciones y luego transferir los datos a RAM Advanse. Esto se efectúa con la conocida operación “copiar y pegar” muy común en todas las aplicaciones.

Por ejemplo, si desea generar nudos que siguen la función logarítmica natural y=ln(x). Usted puede crear los datos en una aplicación de hoja electrónica:

Datos generados en una hoja electrónica como Excel. Los datos son seleccionados y copiados en el Portapapeles (Clipboard).

Luego tendrá que seleccionar los datos y presionar el botón copiar .

En RAM Advanse deberá ir al Panel de Datos Nudos/Coordenadas, y localizar el área donde los datos

serán ingresados y presionar el botón pegar .

Los datos son pegados en el Panel de Datos Nudos/Coordenadas.

Usted podrá ver los nudos generados en la ventana principal:

117

Capítulo 8: Varios temas adicionales

1. El uso de herramientas especiales para la generación de nudos. Las herramientas disponibles

son las siguientes:

• Copiar nudos.

• Generación lineal de nudos.

• Generación cuadrática de nudos.

• Generación circular de nudos.

Copiar nudos Para generar los siguientes nudos realizamos copias sucesivas, a partir de los dos nudos introducidos. Seleccione con el ratón los dos nudos ilustrados en la pantalla.

Presione el botón Copiar Nudos

Inmediatamente aparecerá el cuadro de diálogo Copiar Nudos. Ingrese la distancia (en las direcciones X, Y, Z) y luego presione el botón OK.

Dos nuevos nudos estarán ilustrados en la pantalla.

118

Capítulo 8: Varios temas adicionales

Generación lineal de nudos Seleccione con el ratón dos nudos

Presione el botón Generación lineal de nudos

En el cuadro de diálogo que aparece en pantalla ingrese el número de nudos a ser generados y luego presione Aceptar.

Tenemos:

Generación Cuadrática de nudos Vaya a Nudos, seleccione cuatro nudos en el orden que se indica en la gráfica

119

Capítulo 8: Varios temas adicionales

Presione el botón Generación cuadrática de nudos

En el cuadro de diálogo se ingresa el número de nudos a ser generados a lo largo de los lados 1-2 y 1-3.

El resultado será:

Generación Circular de nudos Seleccionar tres nudos en el orden indicado en la gráfica. El nudo 1, es el centro del círculo, el vector formado por los nudos 1 y 2 determina la normal y el nudo 3 con el 1, determina el radio y el inicio de los nudos a generarse. Los nuevos nudos serán generados en el plano definido por los nudos 1-3 y perpendicular a 1-2.

Presione el botón Generación circular.

120

Capítulo 8: Varios temas adicionales

En el cuadro de diálogo ingrese el número de nudos a ser generados y el ángulo total que cubrirán los nudos.

Se tiene:

121

Capítulo 9: Análisis

Capítulo 9: Análisis

Introducción El análisis estático de una estructura envuelve la solución de un conjunto de ecuaciones lineales que puede ser representado de la siguiente forma:

P = K D (Ec 1)

Donde P es la matriz de cargas aplicadas generalizadas, K es la matriz de rigidez y D es la matriz de los desplazamientos resultantes. Para cada condición de carga definida por el usuario, habrá un vector de cargas que generará un vector de desplazamientos. El problema es más complejo si se considera materiales no elásticos o si se toma en cuenta el efecto P-Delta (ver detalles más adelante).

RAM Advanse está usando un “motor de análisis” que es parte de una librería de análisis de Elementos Finitos de propósito general basada en una arquitectura orientada a la programación de objetos desarrollada completamente por Bentley Systems Inc. Esta ha sido utilizada principalmente para análisis lineal elástico, lineal no elástico y análisis modal de cualquier tipo de sistemas de marco rígido. El motor de análisis ha sido construido sobre la base de una librería matricial altamente optimizada diseñada para trabajar con matrices dispersas y está provisto de una técnica de optimización de ancho de banda de última tecnología basada en la teoría gráfica (Graph Teory) siendo el método adoptado el de Ordenado en Reversa de Cuthill-McKee. Esta optimización de ancho de banda provee una reducción substancial de los requerimientos de almacenaje de memoria y cuando se combina con los métodos de solución directa de matrices dispersas, se obtiene una gran reducción en el tiempo de proceso de matrices grandes de perfil simétrico.

RAM Advanse puede realizar actualmente los siguientes tipos de análisis:

• Lineal estático – análisis elástico

• Estático no lineal – análisis elástico

• Análisis modal

La siguiente lista contiene los tipos de elementos disponibles para los usuarios:

• Elemento lineal de 6 grados de libertad a ambos extremos. Se puede incluir efectos geométricos no lineales.

• Elementos de sólo tracción.

• Elemento cuadrilateral de 6 grados de libertad en cada esquina. (tres grados de libertad translacionales, dos rotacionales y un de alabeo).

• Resortes traslacionales con opción a sólo compresión y rotacionales.

En las secciones subsecuentes se hace una breve descripción de estas capacidades de análisis con los tipos de elementos mencionados. Se refiere al usuario a las diferentes referencias citadas en el texto para mayor información.

123

Capítulo 9: Análisis

Elemento lineal

Elemento lineal con sus grados de libertad.

El elemento lineal es un elemento de dos nudos con 6 grados de libertad por nudo. La figura anterior está dada a modo de ilustración y muestra 12 grados de libertad en total. El element posee las siguientes características:

• 3 grados de libertad rotacionales y tres grados de libertad traslacionales. En cada extremo.

• Cargas distribuidas (trapezoidales en forma general) que pueden ser aplicadas a lo largo del elemento de acuerdo a ejes globales o locales. El peso propio se incluye en este tipo.

• Cargas concentradas o puntuales que pueden ser aplicadas a lo largo del elemento de acuerdo a ejes globales o locales.

• El análisis puede considerar las deformaciones por corte en flexión. La versión actual adopta el concepto de “área equivalente de carga”, (As) para considerar las deformaciones por corte transversal. Esta área se multiplica por el esfuerzo transversal de corte (τna) en el eje neutro para obtener la fuerza total de corte en la sección transversal (p. Ej. Fs = τna As). Por lo tanto, se asume que hay un esfuerzo de corte uniforme en toda la sección transversal. El correspondiente eje neutro para las deformaciones unitarias está dado por γ = Fs / As G.

Basados en este concepto, podemos incluir las deformaciones por corte en el análisis, aumentando a la matriz de rigidez de los miembros con los términos adicionales de corte. Los cuales se pueden encontrar en cualquier libro de referencia de análisis estructural (Referencia 1). Para la mayoría de las longitudes de miembro en la práctica, la influencia de las deformaciones de corte puede ser despreciable. Sin embargo, éstas pueden ser significativas para miembros con una relación largo-altura pequeña. En estos casos, el método adoptado es generalmente satisfactorio. En la literatura disponible sobre el tema se pueden encontrar varias referencias sobre cómo determinar el “área equivalente de corte”. Entre ellas tenemos las Referencias 2 y 3. RAM Advanse usa la propiedad de sección fs (factor de forma para corte) que se define como As = fs A, donde A es el área de la sección.

• La matriz de rigidez del elemento se deriva de la siguiente manera:

124

Capítulo 9: Análisis

Ec. (2)

Donde Ix, Iy, J, G, E y L son los momentos de inercia mayor, menor, la constante de torsión de St. Venant, el módulo de corte, el módulo elástico y la longitud del miembro respectivamente. Los términos αx y αy son los factores de corrección por corte para considerar las deformaciones por corte. Estas se calculan:

Ec. (3)

donde Asx y Asy son las “areas equivalentes de corte” para las direcciones del eje mayor y menor respectivamente. Se debe notar que si αx y αy son cero, Ec. (2) se reducirá a la matriz convencional de rigidez para miembros lineales.

• Las articulaciones de flexión, corte o axial se pueden definir en los extremos del miembro. Las cuales modificaran la matriz de rigidez y los efectos de las cargas aplicadas a los elementos.

• Las excentricidades y cachos rígidos que pueden ser definidos en el elemento en tres direcciones separadas, también influirán en la matriz de rigidez y en las cargas aplicadas a los miembros.

• Los efectos de temperatura se consideran a través de la flexión y fuerza axial generadas por el cambio de temperatura.

• El efecto de un pre-tesado en miembros también es considerado. Estos efectos se pueden usar pata modelar el pretensado o para considerar imperfecciones iniciales de miembros (por ejemplo, errores de fabricación, miembros muy cortos o muy largos. Esto originará deformaciones unitarias iniciales cuando el miembro sea colocado en su posición)

• Se pueden incluir efectos geométricos no lineales (vea Cálculo iterativo del Efecto P-Delta) en la formulación del elemento. En este caso se realizará un análisis no lineal (iterativo)

• Los elementos de marco rígido pueden definirse como elementos de sólo tracción. En este caso se llamará una análisis no lineal (iterativo).

• Deformaciones en cualquier punto dentro del elemento. El motor de análisis calcula éstas deformaciones en cualquier punto a lo largo del elemento considerando las cargas y

125

Capítulo 9: Análisis

desplazamientos aplicados en el miembro. Las deformaciones por corte no se consideran en el cálculo de éstos desplazamientos.

Elemento placa Se ha desarrollado un elemento placa de 4 nodos que considera 6 grados de libertad por cada nodo: tres grados traslacionales, dos rotacionales y uno de alabeo (ver siguiente Figura). El elemento es capaz de generar tanto rigidez en el plano como fuera del plano. El usuario puede ver las Referencias 4, 5, 6, 7 y 8 para mayores detalles al respecto. Placas triangulares en las cuales tres nudos son colineales deben ser evitadas en lo posible. Deben de ser usadas como ultimo recurso y solo en zonas donde no es posible ajustar un elemento rectangular. En esos casos, el usuario es responsable por el resultado de estos elementos triangulares. En cambio, el usuario es animado a usar el generador de malla automático durante el análisis para evitar inexactitudes debido al uso de este elemento.

Grados de libertad del elemento placa (definición local).

La formulación de la matriz de rigidez del elemento incluye rigidez de membrana y rigidez de flexión de placa que son calculados de forma separada y luego combinadas para formar la matriz de rigidez completa del elemento.

La rigidez de membrana acomoda tres grados de libertad en cada nodo, dos en plano traslacional y un grado de libertad a la rotación. La formulación usa funciones de forma tipo Allman en el marco de una formulación variacional Hugher-Brezzi. Incluye una matriz de corrección para remover cualquier membrana existente fijada del comportamiento de los elementos. Además, otra matriz de corrección es aplicada a la matriz de rigidez en caso de planos convexos de placa.

La rigidez de flexión de placa es derivada en base a la asunción de placa delgada y es un típico Elemento Discreto de Kirchof (deformaciones de corte sobre el espesor del elemento son ignoradas). La formulación incluye tres grados de libertad en cada nodo: dos rotacionales y un traslacional perpendiculares al plano de la placa.

Las características generales del elemento placa se resumen a continuación:

• El elemento es cuadrilateral con 6 gdl en cada nudo.

• Las cargas (concentradas en nudos) pueden ser aplicadas tanto en ejes locales como globales

• Cargas de superficie (presiones) que también pueden ser aplicadas tanto en ejes globales como locales. Sólo se `permiten cargas uniformes.

126

Capítulo 9: Análisis

• La matriz de rigidez geométrica (por ejemplo para efectos no-lineales) no se calcula para elementos placa.

Definición de fuerzas positivas en nudos de acuerdo a coordenadas globales

Placa con fuerzas de membrana y momentos de flexión

Diafragma Rígido RAM Advanse tiene un método para considerar los diafragmas rígidos por medio de ecuaciones de restricción forzada. Se asume que el diafragma es infinitamente rígido y que este transmite las fuerzas sin deformación. Por lo tanto, los miembros que están unidos a los diafragmas se mueven conjuntamente de acuerdo a las ecuaciones de restricción definidas.

En esta aplicación se asume que los diafragmas rígidos están definidos en el plano X-Z. Se toma los grados de libertad traslacionales en X y Z y la rotación alrededor de Y para definir las ecuaciones de restricción. Por lo tanto todo miembro conectado al diafragma tendrá los mismos desplazamientos X y Z, si no se ha definido una rotación alrededor de Y. Caso contrario, los desplazamientos de los miembros serán ajustados a la rotación del diafragma alrededor de Y de acuerdo a la distancia entre los diferentes nudos con el centro de masas.

Análisis P-Delta Actualmente la mayoría de las normas para el diseño de estructuras exigen tomar en cuenta el efecto P-Delta que ocurre en las estructuras. Existen varias formas de calcular aproximadamente el efecto P-Delta, sin embargo, la mejor forma es hacer que RAM Advanse calcule el efecto en el momento mismo del análisis de la estructura. De esta forma, se pueden obtener valores mucho más precisos de este efecto, y en forma más fácil.

¿Qué es el efecto P-Delta? Cuando un elemento viga-columna sufre un desplazamiento lateral, se crean momentos secundarios que resultan de la carga axial actuando a través de los desplazamientos laterales del elemento. Los momentos secundarios causados por las deformaciones son también llamados momentos P-Delta, o

127

Capítulo 9: Análisis

simplemente efecto P-Delta. Existen dos tipos de efectos P-Delta: el efecto P-δ (delta minúscula), y el efecto P-∆ (delta mayúscula).

Efecto P-delta (minúscula) Los momentos secundarios llamados momentos P-δ, son momentos causados por las fuerzas axiales actuando sobre los desplazamientos laterales del miembro relativos a su línea central:

Efecto P-

Este efecto es también llamado Efecto de inestabilidad de los miembros porque incrementa la inestabilidad de los miembros de una estructura.

Efecto P-Delta (mayúscula) Los momentos secundarios llamados momentos P-∆ son momentos causados por las fuerzas axiales y los desplazamientos relativos de los extremos del elemento.

Efecto P-∆

Este efecto es llamado también Efecto de inestabilidad de la estructura porque incrementa la inestabilidad de una estructura.

Ambos, tanto el efecto P- como el efecto P-, combinados son llamados en general efecto P-Delta.

El efecto P-Delta (también llamado P-Delta con interacción flexo-axial) es un efecto de segundo orden y causa que las estructuras tengan un comportamiento no lineal.

El efecto P-Delta generalmente disminuye la rigidez de los elementos, por tanto debe ser tomado en cuenta en el análisis, aún cuando los desplazamientos laterales sean pequeños. Los momentos P-Delta pueden ser omitidos en el análisis sólo cuando las fuerzas axiales (compresión o tracción) son despreciables.

Métodos de cálculo del efecto P-Delta A diferencia de un análisis de primer orden, dónde la solución puede ser obtenida en una forma directa y simple, un análisis de segundo orden requiere en general de varias iteraciones para obtener la solución. Existen muchos métodos disponibles. En versiones anteriores RAM Advanse utilizaba el

128

Capítulo 9: Análisis

método de la carga lateral ficticia. En la versión actual se ha adoptado un método más robusto que se detalla a continuación.

Cálculo iterativo del Efecto P-Delta Los efectos P-Delta al nivel de elemento se consideran a través de la matriz de rigidez geométrica. Esta matriz se calcula en cada iteración y se continúa con el análisis hasta que se obtiene convergencia (equilibrio). Estos efectos pueden interpretarse como el efecto de la fuerza axial en elementos sujetos a flexión (por ej. Interacción flexo-axial), puesto que se generan momentos adicionales de flexión que luego conducen a mayores desplazamientos. La aplicación actual considera sólo la interacción flexión-axial. No considera otros efectos como la interacción axial-torsión o la de flexión-torsión.

Las limitaciones del método adoptado se resumen a continuación:

• La aplicación actual está dada de tal forma que considera la interacción flexión-axial en miembros (Elementos sólo en 1D). En algunos miembros en los cuales dicha interacción no sea significativa (o en miembros con cargas axiales no sean lo suficientemente grandes como para crear efectos considerables de P-Delta), se puede despreciar el efecto P-Delta. Las vigas, vigas maestras o miembros horizontales en general son miembros típicos sobre los cuales actúan cargas distribuidas o puntuales en los tramos, siendo que su carga axial es pequeña. Si este es el caso, se puede ignorar los efectos P-Delta en dichos miembros. Note que esto puede ayudar a superar algunos problemas de convergencia durante el análisis.

• El efecto P-Delta debido a peso propio se considera siempre como si la carga fuera aplicada mediante fuerzas equivalentes en los extremos de los miembros.

• No se calcula la matriz de rigidez geométrica para miembros tipo placa.

El anterior procedimiento se refiere normalmente como el método de P-Delta (mayúscula). Si se desea también considerar el efecto P-delta (minúscula), se aconseja dividir los miembros del modelo en 2 o 3 sub-elementos, con esto se considerará automáticamente este efecto P-delta (minúscula).

La matriz de rigidez geométrica para miembros lineales se calcula como se muestra en la Ec. 4. Note que está relacionada a la figura del miembro lineal dada anteriormente.

Ec. (4)

donde P, L son la fuerza axial y la longitud del miembro respectivamente. El usuario puede recurrir a la Referencia 1 para una explicación más detallada.

129

Capítulo 9: Análisis

Análisis P-Delta de combinaciones de carga Cuando usted realiza un análisis de primer orden, los resultados de las combinaciones de carga pueden ser hallados simplemente sumando los resultados de las condiciones de carga (multiplicados por sus respectivos factores de combinación) que componen la combinación.

Sin embargo, cuando se realiza un análisis de segundo orden (P-Delta), los resultados de las combinaciones no pueden ser hallados por una suma lineal de los resultados de las condiciones de carga. Luego, para combinaciones de carga, P-Delta será calculado en los resultados de análisis usando el mismo método iterativo usado con los estados de carga descritos arriba. Por lo que las combinaciones de carga se prepararán antes del análisis en contraposición a las combinaciones de un análisis de primer orden que se crean luego del análisis.

Análisis dinámico y P-Delta El análisis de segundo orden no puede considerar cargas dinámicas. Sin embargo, cuando están presentes en la combinación de carga, el resto de las cargas se calculan con el efecto P-Delta y las fuerzas de cargas dinámicas se “suman” al resultado obtenido en el análisis P-Delta.

Opción para descartar los efectos P-Delta de miembros con cargas en tramo El método adoptado considera la interacción axial-flexión de miembros (elementos lineales solamente). En estos miembros cuando dicha interacción no es significativa (como por ejemplo cuando las cargas axiales son muy reducidas como para originar efectos P-Delta), se puede despreciar su efecto P-Delta. Tal es el caso de vigas, vigas maestras o miembros horizontales, los cuales llevan generalmente cargas axiales reducidas. Esto puede ayudar considerablemente a resolver problemas de convergencia que se puedan presentar en el análisis.

Análisis no lineal (Incremental\Iterativo) RAM Advanse es capaz de realizar un análisis no lineal (iterativo). Este se utiliza usualmente con elementos no lineales como miembros de sólo tracción o para considerar el efecto P-Delta. Se tienen dos métodos disponibles para el análisis no lineal: El método de Newton Raphson estándar (NR en usu siglas en inglés) y el método de Newton Raphson modificado (MNR en sus siglas en inglés). En ambos métodos la carga total aplicada se divide en una serie de etapas de carga. El método estándar calcula en cada etapa la matriz de rigidez tangente, buscando un estado de equilibrio iteratívamente, mientras que en el método modificado los incrementos de carga son aplicados usando la matriz tangente original sin modificación o recálculo. Este procedimiento puede ser más rápido que el primero, ahorrando el tiempo requerido para actualizar la matriz tangente. Sin embargo, puede que requiera de más iteraciones, de una tolerancia mayor e incluso tener más dificultades en la convergencia. Es por esto que este método sólo se recomienda para modelos grandes con pocos elementos no lineales, donde la matriz tangente originada sea bastante similar a la final.

130

Capítulo 9: Análisis

Comparación de los dos métodos disponibles para el análisis no lineal.

La siguiente lista da un resumen de los parámetros de análisis requeridos:

• El número de incrementos se define antes de empezar el análisis. En este caso, la carga se aplica por incrementos y el análisis se lleva a cabo hasta que todas las cargas han sido aplicadas. Si se observa divergencia en la solución, se puede aumentar el número de incrementos. Usualmente esto aumenta el tiempo de análisis pero ayudo a converger a una solución con un número menor de incrementos de carga.

• El número de iteraciones también se define previamente al análisis. En este caso, la solución es forzada a converger dentro del número de iteraciones por incremento. Si se tiene dificultades para encontrar la solución, este número también puede ser incrementado.

• Al final de cada incremento, se verifica el equilibrio de tal forma que la norma del vector de cargas desbalanceadas (por ejemplo el vector construido substrayendo las fuerzas en los elementos a las cargas externas aplicadas a cada iteración) sea menor que una tolerancia dada. Si su magnitud es menor a la tolerancia se considera que se ha hallado un estado de equilibrio.

Para realizar el análisis P-Delta, simplemente escoja la opción Segundo Orden en el momento de analizar la estructura. Siempre es recomendable realizar un análisis lineal preliminar para comprobar el modelo y comparar los resultados con el análisis no lineal.

131

Capítulo 9: Análisis

Escoja Segundo orden en el momento de analizar la estructura.

Introduzca los parámetros requeridos para el análisis p-Delta.

En general, para un análisis eficiente se recomienda los siguientes valores (valores por omisión):

Número de incrementos = 1

Número máximo de incrementos = 8

Número de iteraciones por incremento = 10

Tolerancia = 1E-5

Análisis modal El motor de análisis es capaz de encontrar los modos de vibrar para cualquier sistema dado. En la aplicación actual se asume que la matriz de rigidez ensamblada es siempre positiva y que la matriz de masas ensamblada es una matriz diagonal. El programa usa una técnica de iteraciones de sub-espacio

132

Capítulo 9: Análisis

(vea Referencias 9, 10, 11 y 12) para encontrar las frecuencias más bajas (por ej. con los periodos más altos).

Las características generales de la aplicación se resumen a continuación:

• Sólo se acepta matrices diagonales de masa y por lo tanto cualquier masa debe ser definida en nudos o en nudos maestros. Este método es el de concentración de masas.

• Si todas las masas están concentradas en nudos maestros (los nudos maestros son normalmente asociados a diafragmas rígidos), se puede aplicar la condensación estática para encontrar una solución de valores propios. En este caso, el programa condensa estáticamente todos los grados de libertad sin masa. Lo que normalmente reduce el riesgo de tener problemas numéricos relacionados a los grados de libertad sin masa.

• Si no todas las masas están aplicadas a nudos maestros, entonces la condensación estática no se aplica y el programa asigna una masa de 1.0 E-8 a los grados de libertad que se encuentran sin masa definida.

• El programa define internamente un número de vectores de prueba que es mayor al número de modos de vibrar solicitado. En la mayoría de los casos, este número es suficiente para converger en un sub-espacio. Existen casos raros en los cuales el programa no puede converger. Se sugiere aumentar el número de modos de vibrar a calcular en este caso. Esto puede acelerar la convergencia en el sub-espacio.

• El programa internamente se obliga a un análisis en rodajas (Sturn sequence check) para asegurarse de que los primeros “n” modos de vibrar sean efectivamente los primeros “n” valores en la secuencia. Esto garantiza que la solución no pierda ningún modo de vibrar y que los primeros “n” modos sea siempre encontrados.

• El programa también aplica la técnica de ortogonalización de Gram-Schmidt para prevenir la convergencia a soluciones encontradas previamente.

• La solución se optimiza para el cálculo de matrices con varios términos en cero (sparse computation).

Referencias [1] Matrix Structural Analysis, McGuire, W., Gallagher, R.H., and Ziemian, R.D, 2nd Edition, John Wiley & Sons, Inc., 2000

[2] Strength of Material, Part 1, Timoshenko, S., 3rd Edition, Van Nostrand, Princeton, N.J., 1955

[3] Formulas for Stress and Strain, Roark, R.J., and Young, W.C., 5th Edition, McGraw-Hill, New York, 1975

[4] MacNeal, R.H., and Harder, R.L., (1988), “A Refined Four-noded Membrane Element with Rotational Degrees of Freedom”, Computers & Structures, Vol. 28, No.1, pp. 75-84

[5] Ibrahimbegovic, A., Taylor, R. L., and Wilson, E. L., (1990), “A Robust Quadrilateral membrane Finite Element with Drilling Degrees of Freedom”, International Journal for Numerical Methods in Engineering, Vol. 30, 445-457

[6] Ibrahimbegovic, A. and Wilson, E. L., (1991), “A Unified Formulation for Triangular and Quadrilateral Flat Shell Finite Elements with Six Nodal Degrees of Freedom”, Communications in Applied Numerical Methods, Vol. 7, 1-9

133

Capítulo 9: Análisis

[7] Taylor, R.L.,(1987), “Finite Element Analysis of Linear Shell Problems”, Proceedings The Mathematics of Finite Elements And Applications, Academic Press, New York, pp. 211-223

[8] Long, C.S., and Groenwold, A.A., (2004), “Reduced Modified Quadratures for Quadratic Membrane Finite Elements”, International Journal of Numerical Methods in Engineering, 31:837-855

[9] Bathe, K.L., “Finite Element Procedures”, 1996

[10] Hughes, Thomas J.R., “The Finite Element Methods: Linear and Static Dynamic Finite Element Analysis”, 1987

[11] Wilson, E.L., “An Eigensolution Strategy For Large Systems”, Computer and Structures, Vol. 16, No. 1-4, pp. 259-265, 1983

[12] Bathe, K.J., Wilson, E.L., “Large Eigenvalue problems in Dynamic Analysis”, Journal of Engineering mechanics Division, ASCE, Vol. 98, No. EM6, 1972

134

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

RAM Advanse realiza el Análisis Sísmico por el Método Dinámico de superposición modal. Para el análisis dinámico, es necesario que antes sean introducidas las masas correspondientes en los nudos respectivos y la fuerza del sismo como espectro de respuesta.

El análisis dinámico podemos subdividirlo en dos partes, análisis modal que determina la vibración libre de la estructura y la determinación de las fuerzas dinámicas donde los desplazamientos máximos, fuerzas y esfuerzos a través de la estructura, debido a la combinación de modos para una dirección de aceleración dada son calculados.

Análisis modal El análisis modal consiste en el cálculo del período, frecuencias y los modos de vibración libres no amortiguados de la estructura. La vibración libre depende solamente de la rigidez de la estructura y sus masas, no de las cargas. El tipo de análisis modal efectuado por el programa es el análisis de valores propios, el cual da una excelente idea del comportamiento de la estructura (ver el Capítulo de Análisis para mayor detalle).

En este proceso la siguiente ecuación debe ser resuelta:

[K - T² M] Z=0

Donde K es la matriz de rigidez, T es la matriz diagonal de valores propios, M es la matriz de masas diagonal y Z es la matriz correspondiente de vectores propios.

Cada par de valores propios y vectores propios es llamado modo de vibración natural y son calculados con un método numérico de iteración.

El número de Modos a calcular dependerá de los siguientes factores:

El número de Modos especificados por el usuario en la ventana de diálogo de Análisis

El número de grados de libertad de las masas de la estructura el cual considera las masas traslacionales y rotacionales.

Los resultados dados por el programa para el análisis modal consisten en lo siguiente:

• El listado de las masas que están actuando en los diferentes nodos de la estructura.

• Las frecuencias por Modo, los períodos y las aceleraciones máximas

• El porcentaje de participación por masa, el cual provee una medida de cuan importante es el Modo en el cálculo de la respuesta de la estructura. Este parámetro es muy útil para la determinación de la exactitud del Análisis Modal.

• La masa total que es igual a la suma de masas en cada grado de libertad que actúa sobre toda la estructura.

• El espectro de respuesta sísmica, el cual representa la aceleración del terreno en un sismo con una determinada dirección. Está dado como una curva respuesta -espectro. La función es desplegada de manera gráfica.

• Los modos de vibrar para cada Modo.

135

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

• Las reacciones de base que son las reacciones y momentos totales en coordenadas globales, requeridos por los soportes para resistir las fuerzas de inercia originados por el espectro de respuesta. Estas reacciones son impresas para cada combinación de cargas, cada modo de frecuencia y para la combinación modal.

136

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

Determinación de los Esfuerzos Dinámicos Los esfuerzos dinámicos en un sismo son los máximos esfuerzos (respuesta) que ocurren en la estructura como resultado del análisis dinámico utilizando un espectro de respuesta de carga. En este caso el programa realiza una medida estadística de la respuesta máxima probable de la estructura para un espectro de respuesta dado.

Métodos de superposición modal La superposición modal se realiza con la finalidad de calcular los desplazamientos máximos, las fuerzas y las tensiones para cada modo de vibración.

RAM Advanse ofrece dos métodos para la superposición:

Método CQC Es la técnica de Combinación Cuadrática Completa desarrollada por Wilson, Der Kiureghian y Bayo (1981) y es tomado como el método por defecto (omisión). Considera el emparejamiento entre Modos cercanamente espaciados causados por el amortiguamiento modal. Por consiguiente, el factor de amortiguamiento debe ser mayor a cero en este método.

Método SRSS Combina los resultados tomando la raíz cuadrada de la suma de sus cuadrados. Es muy similar al método CQC, considerando el factor de amortiguamiento igual a cero. Por consiguiente el factor de amortiguamiento no es considerado en este método.

Método ABS Combina los resultados tomando la suma de los valores absolutos. Este método no se usa muy frecuentemente ya que es muy conservador.

Resultados de Sismo con signo Aún cuando la respuesta se espera que varíe entre un valor positivo y otro negativo, los resultados de los métodos adoptados son dados tradicionalmente como resultados positivos (esto incluye desplazamientos, reacciones, esfuerzos en miembros y tensiones). El signo de los resultados puede afectar la combinación de cargas dinámicas con otro tipo de cargas que ya llevan un signo asignado a sus esfuerzos, desplazamientos y tensiones. Consecuentemente, RAM Advanse incluye un método para asignar signos a los desplazamientos, los esfuerzos y las tensiones, calculados en el análisis dinámico. En este caso se toma en cuenta los modos predominantes actuando en cada miembro para deducir el signo de la respuesta.

Por ejemplo, cuando se combinan cargas axiales y de flexión, el diseño no será igual si el diagrama de momentos debido a cargas sísmicas no refleja los signos reales del miembro. Podemos considerar el caso de una columna en un edificio:

137

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

Combinación de cargas dinámicas con y sin signos, con otros tipos de cargas.

Como podrá ver, con la nueva característica para calcular signos de las cargas dinámicas, la combinación de cargas reflejará mucho mejor el comportamiento real de la estructura. Es importante mencionar que cuando los signos van a ser considerados, el usuario debe crear cargas en ambos sentidos de las direcciones consideradas. Por ejemplo en las direcciones -X y +X. No obstante, el usuario debe estar consciente de que los signos son solo estimados y deben ser utilizados con precaución.

Introduciendo masas Al introducir masas en su estructura, automáticamente se activa el cálculo de modos de vibrar.

Las masas sólo pueden ser introducidas en los nudos.

Para introducir masas, siga el siguiente procedimiento:

Seleccione los nudos en los cuales existe masa.

138

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

Escriba el valor de las masas y luego presione (o presione para copiar toda la fila).

Las masas han sido introducidas.

Puede verse gráficamente la masa presionando en la barra de Propiedades de Modelo. Elija la dirección que quiere graficar con

.

Es importante notar que existen dos herramientas para la generación automática de masas para uno o más pisos considerando los miembros y placas de cada piso. Estas herramientas se ubican en la parte inferior de la planilla. Vea la ayuda contexto sensitiva para las instrucciones de su uso.

Herramientas disponibles para la generación automática de masas.

Cargas sísmicas La fuerza del sismo requiere de los siguientes datos:

Factor de escala dinámico = Aceleración del sismo/constante de gravedad.

Constante de Amortiguamiento (en porcentaje).

Espectro de respuesta del sismo.

Para introducir el sismo, proceda de la siguiente manera:

139

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

Introduzca los valores de aceleración/gravedad, amortiguamiento (en porcentaje) y dirección del sismo, de acuerdo a lo especificado por norma.

Cree una condición de carga Sx=Sismo en X o Sz=Sismo en Z

Introduzca los valores del factor de escala, amortiguamiento (en porcentaje) y dirección del sismo, de acuerdo a lo especificado por la norma.

Nota.- La dirección del sismo debe ser de 0 grados para sismo en la dirección global X, 180 grados para sismo en la dirección global –X, -90 grados para sismo en la dirección global Z, +90 grados para sismo en la dirección global –Z. (Esto es solamente válido cuando el sismo es calculado con signo. En caso contrario los resultados para sismo en X y -X o para sismo en Z y -Z serán los mismos.)

140

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

Vaya a Gen/Espectro de respuesta e introduzca el espectro especificado por la norma de diseño.

También puede recuperar un espectro de respuesta con el botón

Notas.- El espectro de respuesta puede ser guardado con el botón y luego recuperado con el

botón

Usted deberá crear las combinaciones que la norma de diseño le indique para considerar el sismo.

Análisis sísmico Como usted ha podido ver, RAM Advanse realiza el análisis dinámico espectral. Esto significa que el método de análisis consiste en representar la carga del sismo mediante un espectro de respuesta (también es posible representar otras cargas mediante un espectro de respuesta).

Este tipo de análisis es el más conveniente para el diseño sísmico ya que las normas de diseño sismo resistentes incluyen los espectros de respuesta para los cuales la estructura debe ser calculada.

Para realizar un diseño sismo resistente, usted debe contar con la siguiente información:

2. Carga sísmica. Esto es: aceleración del sismo y espectro de respuesta.

3. Combinaciones de carga que incluyen el sismo.

4. Detalles constructivos.

¡Advertencia!

El programa no incluye la opción ”tension only” en el análisis dinámico. Todos los elementos se consideran como si soportaran compresión al igual que tracción en las condiciones de carga dinámicas.

141

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

Carga sísmica: aceleración del sismo y espectro de respuesta Así como otras cargas, por ejemplo la de viento, se representan mediante fuerzas, la carga sísmica se representa mediante un espectro de respuesta y una aceleración máxima. El espectro de respuesta es una curva en la que se especifican las máximas aceleraciones vs el período de una estructura.

Advierta usted que la aceleración es normalizada respecto a la gravedad. Esto significa que el espectro de respuesta muestra en la ordenada la aceleración/gravedad, y en la abscisa el período.

Espectro de respuesta. Aceleración (dividida por la gravedad) vs período.

Note que RAM Advanse le permite introducir el factor Aceleración/Gravedad. Este factor escala el espectro de respuesta. Ingrese 1 (uno) si el espectro de respuesta no necesita ser escalado.

Combinaciones de carga Una vez que usted crea una condición de carga sísmica en X o en Z, deberá crear las combinaciones de carga que exige la norma. Note que RAM Advanse permite el análisis simultáneo de condiciones de carga con efectos de segundo orden y condiciones de cargas dinámicas (estas son calculadas con un análisis de primer orden). Es importante notar que las combinaciones que incluyen ambos tipos de condiciones de carga serán analizadas en dos partes. La primera, considerando todas las condiciones no dinámicas donde los efectos de segundo orden serán incluidos, y la segunda, que adicionará todas las condiciones dinámicas calculadas con el análisis de primer orden.

Detalles constructivos Es importante que comprenda el comportamiento de las estructuras sujetas a cargas sísmicas y el diseño de detalles que son requeridos para proveer una estructura con la ductilidad requerida. Refiérase a la norma de concreto y de edificios local para obtener información acerca de detalles constructivos. Los módulos de Diseño de Hormigón Armado de RAM Advanse manejan varios de estos detalles que se encuentran en el capítulo 21 de la Norma ACI-318-99.

Consideraciones sísmicas en RAM Advanse RAM Advanse realiza el análisis dinámico con las siguientes consideraciones:

1. La superposición modal se realiza por los métodos SRSS, ABS o CQC.

2. La masa de los nudos puede ser introducida en Ton, Kg, Lb, o Kip. RAM Advanse divide internamente estas masas por la gravedad para obtener las unidades requeridas por el cálculo.

3. Los resultados (cualquiera que fueren) de una condición de carga en la que hay sismo, son siempre positivos, ya que representan los máximos durante la vibración de la estructura. RAM Advanse le ofrece una opción adicional para asignar automáticamente el signo correcto en función de los modos de respuesta principales.

142

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

4. Los momentos en los nudos no suman cero casi nunca cuando la opción de resultados con signo no es utilizada.

Al contrario del viento (izquierda), los momentos son siempre positivos en una condición de carga sísmica (derecha). Sin embargo RAM Advanse le ofrece la opción de obtener los resultados de sismo con signos.

Las reacciones son siempre positivas cuando los resultados con signo no son utilizados.

Análisis dinámico sísmico de edificios El análisis dinámico de edificios posee algunas consideraciones especiales que deben ser tomadas en cuenta.

Un edificio cuenta con losas que tienden a ridigizar el piso horizontalmente (perpendicular al piso se menosprecia la rigidez de la losa). Esta rigidización de la losa se representa mediante diafragma rígido.

Para modelar un diafragma rígido proceda de la siguiente manera:

• Cree un nudo en el centro de masas de cada piso.

• Asigne las masas traslacionales TX y TZ y la masa rotacional RY a ese nudo. Estas masas son las de cada piso.

• Todos los nudos de un piso (incluyendo el nudo con masa) deben ser conectados mediante diafragma rígido. Para esto, seleccione todos los nudos de un piso y luego asigne un valor de piso.

Nota.- En un piso, sólo el nudo en el centro de masas puede tener masas. Los demás nudos no deben tener masa.

143

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

Cree un nudo(nudo maestro) en el centro de masas de cada piso.

Asigne las masas TX, TZ, y RY para el nudo maestro.

Seleccione los nudos de un piso.

Vaya a Nudos/Piso y presione el botón para asignar un número de piso

144

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

Asigne un número de piso a todos los pisos de su edificio

Nota.- Advierta que cada piso debe tener un número de piso único.

Análisis Luego proceda al análisis normalmente:

Realice el análisis normalmente.

Graficación de modos (vibración libre) Para ver los modos de vibrar de su edificio, siga los siguientes pasos:

Presione el botón para activar los modos de vibrar.

Seleccione el modo de vibrar que desea ver

Presione el botón para ver en forma animada la vibración

145

Capítulo 10: Análisis sísmico dinámico

Para ver los modos de vibrar con los perfiles 3D, presione además el botón (o ) de la barra de Modelo 3D

Para ver la animación 3D, presione los botones y .

Para ver las tensiones de cada modo de vibrar, presione además el botón de la barra de Verificación de Diseño.

Presione los botones , , y para ver las tensiones en el modo de vibrar.

También puede presionar el botón para ver la vista estática de la estructura con el modo de vibrar deformado o puede presionar el botón para ver los desplazamientos normalizados del modo seleccionado

146

Capítulo 11: Optimizando y verificando estructuras metálicas y de madera

Capítulo 11: Optimizando y verificando estructuras metálicas y de madera

Luego de que el análisis y el diseño de una estructura metálica o de madera han sido gráficamente verificados, usted podrá proceder con la optimización de la estructura. La optimización tiene dos finalidades:

1) Secciones sobredimensionadas serán cambiadas por otras secciones (normalmente de menor peso) de un grupo predefinido de secciones que pueden soportar adecuadamente las cargas impuestas.

2) En caso de secciones que fallan, encontrar nuevas secciones que resistan.

Existen varios criterios de optimización que pueden ser aplicados a este proceso. El criterio a ser adoptado será definido con la lista de secciones a ser considerada (conjunto de secciones). El orden de las secciones en esta lista determinará la prioridad de cada sección a ser considerada para reemplazar la sección actual.

Importante.- Para que RAM Advanse optimice, todos los miembros con una misma descripción (mismo grupo) deben tener la misma sección inicial.

RAM Advanse no optimizará si dentro de un grupo (o descripción) de miembros existen diferentes secciones asignadas.

Para realizar la optimización, primero seleccione gráficamente todas las descripciones que desea incluir en la optimización.

Ejecute el comando Optimizar estructura

147

Capítulo 11: Optimizando y verificando estructuras metálicas y de madera

Pasos para la optimización de una estructura.

1. Marque todos los grupos de miembros (descripciones) que quiera optimizar.

2. Luego marque los estados de carga que los miembros deben resistir. (Sólo se incluyen las combinaciones de diseño o no asignadas).

3. Opcionalmente, determine la deflexión máxima admisible para cada descripción junto con las combinaciones de carga a ser consideradas para la verificación de deflexiones.

4. Escoja el conjunto de secciones a considerar en la optimización.

5. Asigne el conjunto al grupo de miembros deseado.

6. Luego seleccione la operación a ser ejecutada: Optimizar o Verificar, y presione Aceptar. En este caso, seleccione Optimizar.

Al final de la optimización, RAM Advanse presentará una lista con los cambios sugeridos. Marque los cambios con los que esta de acuerdo y luego presione OK. RAM Advanse cambiará entonces las secciones actuales por las sugeridas.

Nota.- Al cambiar las secciones se perderán los resultados, por lo que hay que analizar la estructura nuevamente.

Advertencia.- Al optimizar miembros de madera, el usuario debe verificar que el material asignado es adecuado para todas las secciones del grupo, así como para el tipo de carga de los miembros. Para mayores detalles puede ver el capítulo de Diseño de Madera.

148

Capítulo 11: Optimizando y verificando estructuras metálicas y de madera

Marque los cambios con los que esta de acuerdo. No marque aquellos que no desea modificar. Luego presione OK para cambiar las secciones. Observe que el programa le avisa la razón del cambio propuesto (resistencia o deflexión).

Después de optimizar la estructura, esta debe ser recalculada.

Después de la optimización, vuelva a analizar la estructura. En este caso escoja el análisis P-Delta.

Y nuevamente estudie los resultados para verificar el comportamiento de la estructura. Luego puede volver a optimizar la estructura, y así sucesivamente hasta que la optimización no sugiera más cambios o usted este satisfecho con las secciones usadas en la estructura.

Importante.- La optimización es un proceso iterativo y no es suficiente realizarlo una sola vez. Esto significa que usted debe optimizar y analizar tantas veces como sea necesario.

Optimización y Verificación

Optimización La optimización realiza dos acciones:

1) Adopta la primera sección del conjunto de secciones seleccionado (lista de secciones) que cumple con los requerimientos de resistencia y opcionalmente deflexión. Esto lleva normalmente a la reducción del peso de elementos sobredimensionados por la sección de peso más bajo, y a

2) Cambiar elementos que fallan por otros que resisten.

Verificación La verificación le sugerirá cambios de sección únicamente para aquellos elementos que fallan. Los elementos sobredimensionados no son modificados.

Bases de la Optimización El propósito de la optimización de una estructura es encontrar la mejor sección disponible que cumpla cierto criterio de optimización (sobre la base del peso, la altura o cualquier otro parámetro).

149

Capítulo 11: Optimizando y verificando estructuras metálicas y de madera

Importante.- En el proceso de optimización o verificación, se asigna siempre una misma sección para cada descripción (o grupo). Así, por ejemplo, después de la optimización, todos los elementos con la descripción COL1 tendrán la misma sección. Y los elementos VIGA1 tendrán también otra sección (probablemente diferente a los elementos COL1) que es la misma sección para todos los elementos que tienen la descripción VIGA1.

A cada descripción le corresponde una sección. RAM Advanse asignará una misma sección a todos los elementos dentro de una descripción.

¿Cómo escoge RAM Advanse una sección óptima? El programa escoge una sección que reemplace a la original, sólo si existe en el conjunto de secciones. Note que el orden de prioridades queda denotado por el orden en que se encuentran las secciones en el conjunto. Si se desea una optimización basada en el peso del miembro, las secciones

en el conjunto deberán ser ordenadas por peso. Esto puede ser obtenido presionando luego de definir el conjunto.

Diferentes tipos de secciones (por ej.: I, L, C, etc.) pueden existir en un solo conjunto de secciones, incluso, puede existir un conjunto de secciones que pertenezcan a distintos tipos de material (acero formado en frío, laminado en caliente o madera).

Por ejemplo, el conjunto que se muestra como test1 es aceptable.

RAM Advanse seleccionará la sección a reemplazar del conjunto de secciones. El programa tomará la primera sección de la lista que resista las cargas aplicadas dentro de los límites de deflexión dados.

Nota.- Recuerde que el tipo de sección queda definido por su nombre. Esto es, una sección "W 10x20" tiene el tipo "W" , "Tube 15" tiene el tipo "Tubo"

Proceso de optimización Para cada grupo (descripción) de elementos, RAM Advanse comprueba las secciones en el conjunto seleccionado para tomar aquellos que cumplen las disposiciones de la norma (para resistencia y deflexión) para todos los estados de carga seleccionados y para todos los elementos seleccionados

150

Capítulo 11: Optimizando y verificando estructuras metálicas y de madera

que pertenezcan a un mismo grupo. Una vez que RAM Advanse obtiene la primera sección que cumple con este criterio, ésta es seleccionada para un posible cambio.

Proceso de verificación El proceso de Verificación es similar al proceso de Optimización. Sin embargo, primero comprueba si la sección actual cumple con los requisitos de la norma.

Si cumple, entonces se mantiene sin modificaciones. Si no cumple, RAM Advanse procede con la optimización explicada arriba.

Deflecciones y deformaciones de la estructura El programa permite incluir opcionalmente la verificación de deflexiones o deformaciones (las deflexiones laterales se consideran con los mismos límites).

El siguiente procedimiento se puede usar para optimizar su estructura y verificar al mismo tiempo que las deflexiones se encuentren dentro de los límites máximos.

• Habilite la verificación de deflexiones.

• Defina los límites admisibles de las deflexiones. Observe que Ud. puede proporcionar los límites en valor absoluto (a) o en función de la longitud de los miembros (b).

• Seleccione los estados de carga a considerar. (Sólo podrá asignar los estados de carga de servicio o no asignado).

151

Capítulo 11: Optimizando y verificando estructuras metálicas y de madera

Pasos a seguir para incluir la verificación de deflexiones en la optimización.

Notas:

• Algunas condiciones de carga deben ser utilizadas sólo para la verificación de deflexiones y otras para las verificaciones de resistencia.

• Observe que Ud. debe trabajar con miembros físicos para poder hacer un control correcto de deflexiones, ya que estas se calculan con referencia a los extremos del miembro.

• Ud. puede revisar las pendientes gráficamente para ver si éstas están dentro de los límites dados. Este control de deflexiones es muy importante y puede ser realizado como parte del proceso de diseño

Optimización con otros criterios Se pueden considerar otros factores fuera de la resistencia y deformación dentro de la optimización. Una posibilidad que ofrece RAM Advanse para esto es la definición de un límite máximo para la relación de resistencia diferente de uno. Es de responsabilidad del ingeniero el determinar si esta forma es apropiada para la estructura dada.

Sección apropiada no encontrada En caso de que usted obtenga el mensaje “No se ha encontrado una sección que resista”, significa que dentro del grupo de secciones elegido no existen secciones que cumplan los requisitos de resistencia y/o deflexión para las cargas impuestas o las luces existentes.

Para solucionar el problema, aumente secciones más resistentes al grupo de secciones dado o cambie la geometría o cargas del modelo.

Secciones con material distinto a acero o madera Si usted tiene elementos que no son metálicos o que no son de madera en su estructura, RAM Advanse ignorará estos elementos y no los incluirá en la optimización.

Secciones AISC-AISI Cuando usted tenga ambos tipos de elementos AISC, y AISI en la misma estructura, RAM Advanse puede cambiar el tipo de perfil. Esto significa que puede cambiar las secciones AISC por otras AISI y viceversa.

Optimización con conjunto de secciones por defecto Si el usuario no define un conjunto específico para la optimización, esta procederá con todo el conjunto de secciones correspondiente a la sección original de grupo de miembros escogido. La optimización se realizará hasta encontrar la sección más liviana (por peso) que cumpla con los requerimientos de resistencia y opcionalmente deflexión.

152

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Para imprimir la mayoría de los resultados se requiere primero analizar y diseñar la estructura. Para ello RAM Advanse le ofrece varias opciones de impresión.

Nota: Antes de imprimir los datos o resultados, el usuario debe seleccionar todos aquellos elementos que desea incluir, y luego deberá elegir el tipo de impresión que desee ver.

El menú Reportes se divide en cuatro grupos de opciones de impresión. El primero de ellos corresponde a las opciones necesarias para imprimir los datos y resultados de la estructura analizada. El segundo grupo permite la impresión referente al diseño, tanto en hormigón armado, acero, madera y conexiones. El tercer grupo de opciones de impresión contiene listas de los miembros o juntas que componen la estructura con sus respectivos tipos de secciones y cantidades. Estas últimas están expresadas en longitud, peso o número de barras. El último grupo imprime los diagramas de esfuerzos, incluidos los puntos de inflexión y las envolventes.

Grupos de opciones de impresión en el menú Reportes

A continuación se describen las opciones contenidas en cada uno de los grupos del menú Reportes:

Datos de Geometría Esta opción permite la impresión de toda la información referente a la geometría de la estructura como ser coordenadas de los nudos, datos de los miembros, datos geométricos para el diseño, etc. Al igual que los demás reportes, sólo se imprimirá la información de los elementos seleccionados gráficamente.

Datos de Cargas Esta opción permite la impresión de toda la información referente a fuerzas sobre nudos, fuerzas distribuidas sobre miembros, multiplicadores de peso propio para estados de carga, cargas por sismo, etc.

153

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Resultados del análisis Antes de la impresión de los reportes, aparece una ventana donde se elige que información se desea imprimir. Esta ventana también permite la elección de los estados de carga a incluir en la impresión.

Una vez que se ha establecido toda la información que se desea imprimir, pulse la tecla para obtener el reporte de impresión.

Note que para algunas opciones de impresión, a veces se requiere el ingreso o elección de parámetros adicionales, como ser el número de estaciones a lo largo del miembro, si se ha de agrupar por elementos o por estados, etc.

Todos los datos y resultados que se pueden obtener en los reportes se muestran en el gráfico siguiente. Note que el usuario deberá escoger por lo menos un estado de carga estática o dinámica.

Ventana de Resultados del Análisis

.- Use las opciones ubicadas en el extremo superior derecho de cada grupo de reportes ( ) para seleccionar o deseleccionar todos los reportes del grupo.

Análisis Dinámico Esta opción presenta los resultados de la respuesta dinámica. También permite la obtención de las aceleraciones calculadas para cada modo de vibrar junto con el porcentaje de participación de masas. Este reporte también incluye en forma gráfica el espectro de respuesta sísmica introducido.

Diseño de Acero Antes de la impresión de los reportes de diseño de acero, se despliega una ventana donde se elige si se quiere un tipo de reporte resumido o detallado. En esta misma ventana también se eligen los 154

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

estados de carga que se quiere que intervengan en el diseño. Para mayores detalles sobre la información que presenta cada tipo de reporte, ver la parte de Reportes en el capítulo de Diseño General de Estructuras Metálicas.

Ventana previa a la impresión de los reportes de diseño de acero. En ella se eligen el tipo de reporte que se desea y los estados de carga que intervendrán en el diseño.

Diseño de Hormigón Armado Antes de la impresión del diseño en hormigón armado, se despliega una ventana donde se elige la norma según la cual se quiere realizar el diseño, los estados de carga y los tipos de estribos que se quieren utilizar en dicho diseño.

155

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Ventana previa a la impresión del reporte correspondiente a diseño de hormigón armado. En ella se pueden escoger la norma, tipo de estribo y estados de carga que intervendrán en el diseño.

En el reporte se brinda información referente al diseño de vigas y columnas, como ser esfuerzos a los que está sometido el miembro, armaduras máximas, mínimas y calculadas, separación entre estribos, etc.

Utilice el módulo de detallamiento respectivo para un diseño más detallado de vigas y columnas. Cada módulo de detallamiento cuenta con una impresión de reportes más detallada donde el usuario puede introducir mayor información para un diseño mas completo.

Diseño de Madera Antes de la impresión del diseño de madera, se despliega una ventana donde se puede elegir si el reporte será detallado o conciso. También le permite indicar los estados de carga a considerarse en el diseño y si el reporte incluirá líneas de separación.

156

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Ventana previa a la impresión del reporte de madera. En ella se puede elegir el tipo de reporte y los estados de carga que intervendrán en el diseño.

Lista de Materiales Esta opción permite tener una lista de los materiales que han sido seleccionados con sus respectivas cantidades. Las cantidades pueden estar expresadas en longitud o en peso.

Despiece de Barras Esta opción permite imprimir la cantidad de piezas de los miembros seleccionados.

Lista de juntas Esta opción le permite tener una lista de las conexiones asignadas a cada junta ordenada por miembro, nudo, familia o conectividad. Esta lista puede ser muy útil para el detallamiento y para determinar si existen juntas que no tienen su conexión diseñada.

Diagramas de esfuerzos Esta opción tiene un submenú con tres alternativas:

Alternativas de la opción Diagramas de esfuerzos: a) Reportes: impresión del reporte, b) Ver en pantalla, y c) Exportar a DXF

157

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Reportes Los reportes le permiten la impresión de los diagramas de esfuerzos de momentos flectores, de corte, axiales y de momentos torsores de cada miembro y condición de carga seleccionados, incluyendo sus envolventes y deformaciones (traslaciones y rotaciones).

En forma previa a la impresión gráfica (de donde puede realizarse la impresión física), se despliega una ventana donde el usuario elige los diagramas que se reportarán, también se deben elegir los estados de carga que serán incluidos. Es importante hacer notar que las envolventes de esfuerzos se calcularán considerando sólo las condiciones de carga seleccionadas. El cuadro permite elegir también la opción de mostrar los puntos de diagrama cero, lo que es muy útil para miembros de hormigón armado.

Ventana previa a los reportes de diagramas.

Todos los diagramas están referidos a los ejes locales.

Ud. puede escoger el número de diagramas por línea de impresión que varía de 1 a 6 diagramas por línea. El valor por defecto es 2 que es el recomendado para reportes de tamaño carta con orientación vertical. Observe que mientras más diagramas se incluyan en una línea se obtendrán gráficos más pequeños. Se recomienda hacer primero una impresión de prueba para determinar si el tamaño es adecuado dependiendo de las características de la impresora y tamaño de papel elegidos.

¡Advertencia!

Debido a la gran cantidad de dibujos que se van a generar cuando se seleccionan muchos elementos y condiciones de carga en estructuras grandes, se pueden generar problemas de memoria dependiendo de la capacidad y de los recursos disponibles del ordenador utilizado. Se recomienda siempre salvar la estructura antes de ejecutar este comando y no procesar más de una centena de diagramas por vez. Esto se traduce en elegir sólo los miembros particulares para los diagramas deseados.

Una vez escogidos los diagramas y estados de carga, se podrá ver el reporte en pantalla y proseguir con su impresión física.

158

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Reporte de diagramas. El usuario puede elegir la cantidad de diagramas por línea que desee ver.

Ver en pantalla Esta opción permite mostrar en pantalla dos diagramas a escoger para el primer miembro seleccionado. Los diagramas disponibles incluyen los diagramas de momentos flectores, de esfuerzos cortantes, cargas axiales, momentos torsores, además de las traslaciones y rotaciones en las direcciones de los ejes locales.

Es importante notar que las envolventes que se muestran en esta opción se calculan considerando solo las combinaciones de cargas elegidas para el reporte.

En la parte superior se tienen menús desplegables para escoger el tipo de diagrama y el estado o combinación de carga a considerar para los diagramas simples.

Note que hay una barra de rastreo en la parte baja de la ventana, la cual le permite escoger cualquier punto a lo largo del miembro para obtener el valor numérico del diagrama en ese punto.

159

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Opción de mostrar diagramas en pantalla. Es posible visualizar dos diagramas. El tipo de diagrama se escoge en los menús de la parte superior de cada diagrama. Note la barra de localización en la parte inferior(a la izquierda) para desplegar los valores numéricos de los diagramas en un punto específico a lo largo del miembro.

Exportar diagramas a archivos DXF Esta opción permite ingresar en una pantalla muy similar a las utilizadas en los módulos de detallamiento que incluye una opción para exportar los diagramas como archivos DXF.

160

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Opción para exportar diagramas a DXF. LA pantalla utilizada es muy similar a las pantallas de detallamiento.

Reportes Los reportes de impresión contienen información e íconos que resultan muy útiles. Cada vez que el usuario quiera imprimir un reporte, se desplegará una pantalla como la que se muestra abajo.

Pantalla de reporte

A continuación se explican las características y componentes que tiene la pantalla de reportes.

Comandos generales de impresión de reportes A continuación se describen los botones que se encuentran en la barra superior de la pantalla de reportes, tanto para el programa como para sus módulos de detallamiento.

Presione para cerrar la ventana de reportes.

Presione para establecer todas las opciones de configuración de impresión.

La ventana que se desplegará será la estándar de Windows para configurar la impresora. Para más detalles consulte su manual de Windows y de la impresora que va a utilizar.

161

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Ventana estándar de configuración de impresión.

Presione para imprimir el reporte completo. En este caso la ventana estándar de impresión de Windows aparecerá.

Ventana estándar de impresión de Windows.

Presione para copiar el bloque seleccionado (Ctrl+C) al Clipboard para luego leerlo desde otro programa como Excel, WordPad, etc.

Presione para seleccionar todo el reporte.

Presione para exportar el bloque seleccionado a Microsoft Excel. El programa sólo exporta el texto sin incluir los estilos de fuentes o gráficos (sin formato). Este botón es muy útil ya que le permite al usuario exportar los bloques seleccionados del reporte, pudiendo modificarlos en Microsoft Excel, y volviéndolos a copiar en las hojas electrónicas de RAM Advanse (utilizando las teclas Ctrl+C y Ctrl+V para copiar y pegar el bloque).

162

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Reporte exportado a Microsoft Excel.

Presione para exportar el bloque seleccionado a Microsoft Word. El programa solo exporta el texto sin incluir los estilos de fuentes o gráficos (sin formato).

Presione para exportar el bloque seleccionado a Microsoft Word. Esta opción es muy útil ya que incluye estilos, tabulaciones y gráficos (con formato). Desde Microsoft Word usted puede realizar las modificaciones que desee al reporte.

Reporte exportado a Microsoft Word. Note que la exportación se la realiza con el formato original, incluso la parte gráfica es exportada.

163

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Presione para grabar el reporte completo como archivo de texto (*.txt). Esto le permite exportar el archivo en un formato simple de texto (TXT). Puede luego leer el reporte usando Notepad o Wordpad.

Utilice esta opción para repetir títulos en cada página. Note que Ud. verá en pantalla los títulos que se repetirán cuando active esta opción.

¡Advertencia! Cuando se exporta un reporte, RAM Advanse abre automáticamente el respectivo programa (Word o Excel), esto implica que el usuario debe tener dichos programas correctamente instalados en su computadora.

¡Advertencia!

El usuario debe estar consciente de que le proceso de exportación de un reporte a un archivo Word o Excel requiere cierto tiempo, el cual depende de las características de la computadora utilizada y de la cantidad de páginas en le reporte.

Modificar encabezado de los reportes El logotipo de RAM International se encuentra en la parte superior izquierda de la pantalla. Este logotipo está en el archivo logo.bmp dentro de la carpeta BMPS del directorio de instalación de RAM Advanse (usualmente: C:\Directorio Principal RAM Advanse\BMPS). Para cambiar el logotipo, simplemente deberá asignar este nombre (logo.bmp) al archivo del logotipo que quiera insertar. El programa insertará este en la página del reporte en la ubicación predeterminada. Note que el logo está en formato de mapa de bits y puede ser editado con cualquier programa de manejo de gráficos.

En la pantalla de reporte también se tiene información referente a la ubicación del archivo, el sistema de unidades escogido y la fecha y hora en que se imprimen los reportes. Toda esta información es obtenida automáticamente por el programa, y se encuentra contenida en el archivo Reportitle.txt que se encuentra en la carpeta de instalación (usualmente: C:\Directorio Principal RAM Advanse). Si el usuario desea modificar alguna información, puede utilizar un editor de texto para hacer los cambios en el archivo, sin embargo, antes de proceder con dichos cambios, es aconsejable que se haga una copia de seguridad del archivo original (Reportitle.txt) en un lugar seguro. De esta manera se podrá contar con el archivo original en cualquier caso que sea necesario.

Reportes de los módulos de detallamiento Para información acerca de comandos generales ver Comandos generales de impresión de reportes.

Para información específica acerca de los reportes de módulos de detallamiento favor referirse a los capítulos de cada módulo según requerimiento.

Impresión de Gráficos Esta opción permite imprimir el gráfico que aparece en la pantalla.

164

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

Opción para imprimir el gráfico actual de la pantalla.

La calidad de impresión puede ser cambiada a conveniencia del usuario a través de las opciones de impresión. Estas opciones pueden incluso resolver algunos problemas de impresión.

Para seleccionar la calidad de impresión vaya a Configuración/General/Impresión.

Habilite la opción de imprimir en impresoras o graficadoes en blanco y negro en el menú de configuración si desea imprimir su gráfico en tonos de grises.

165

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

En la calidad de impresión "Normal" se obtendrá la calidad de impresión estándar. Mayor calidad de impresión requerirá de mayores recursos del sistema.

En la ventana de Configuración/Impresión se tienen opciones adicionales en la nueva versión del programa, por ejemplo: asignar logo a las hojas de reporte, nombre y dirección de la compañía, y definir la posición de los datos de Propiedades del modelo que pueden o no incluirse en las impresiones de los reportes.

Note que Ud. también puede guardar su gráfico en un archivo. Para esto deberá utilizar la siguiente opción:

Opción para guardar el gráfico actual en formato BMP o JPG.

Ventana de diálogo que se utiliza para definir el tipo de archivo: BMP (Windows Bit Map) o JPG (gráfico JPEG). Ud. puede definir adicionalmente la escala y el tamaño del gráfico (en bitmaps) 166

Capítulo 12: Impresión de gráficos y reportes

NOTAS:

Si tuviera problemas de impresión (suspensión de la computadora o impresiones muy lentas) por favor siga las siguientes recomendaciones.

• Reduzca la calidad de impresión en RAM Advanse (Herramientas|Configuración del programa...).

• Reduzca la calidad de impresión de su impresora (consulte el manual de su impresora).

• Si la impresión es exitosa, se puede incrementar la calidad de impresión en RAM Advanse.

• Debe de instalarse en la computadora el último manejador (driver) de la tarjeta gráfica e impresora para el sistema operativo en funcionamiento.

En caso de disponerse de una impresora a colores, la impresión podría tener ligeras diferencias en color con los de la pantalla. En caso de que tenga una impresora en blanco y negro, los colores serán impresos en tonos de gris.

Si desea incluir un comentario al gráfico, presione el comando “Cajetín de impresión” que se explica a continuación.

Cajetín de Impresión Esta opción que se encuentra en el grupo de Archivo del menú principal, permite al usuario incluir la información que desee en los gráficos, puede ser un título, una descripción, un comentario, etc. Este cajetín aparecerá en la parte inferior del gráfico que aparece en la pantalla de RAM Advanse y será impreso junto al gráfico.

Cajetín de impresión.

167

Capítulo 13: Importando y exportando datos

Capítulo 13: Importando y exportando datos

Este capítulo le mostrará como importar y exportar información desde y hacia otros programas. Las siguientes posibilidades de exportación/importación son posibles:

Importación • DXF importación de programas de dibujo (Autocad, MicroStation y otros que trabajan con

archivos DXF).

• RAM Structural System - Full Model: Importa todos los miembros acerados desarrollados en RAM Structural System versión 7.2x o superior.

• RAM Structural System - Lateral Model: Importa solamente los miembros laterales desarrolladas en RAM Structural System versión 7.2x. o superior.

• STAAD.Pro: Importa modelos generados en el programa STAAD.Pro. Es necesario la instalación de la librería OpenSTAAD para su funcionamiento.

• SAP2000: Importa archivos s2k generados desde el programa SAP2000.

Comentario: Si Ud. tiene RAM SS versión 8.0 o superior, Ud. podrá importar modelos sólo para su versión actual de RAM SS.

Exportación • DXF: exportación a programas de dibujo (Autocad, MicroStation y otros que trabajan con

archivos DXF).

• SDNF: Exportación a programas de detallamiento.

• RAM BasePlate: Exportación de datos de la columna seleccionada para el diseño de su placa base con RAM BasePlate.

Es también posible importar y exportar información de las bases de datos, para más detalles refiérase al capítulo 6, Importando y Exportando Secciones y Materiales.

Archivos DXF A través de los archivos DXF usted puede intercambiar información básica de geometría entre el programa RAM Advanse y programas de dibujo que soporten este tipo de archivos. Gracias a los archivos DXF, usted puede mandar los datos de su estructura a un programa de dibujo o puede leer la geometría dibujada y luego completar los datos en RAM Advanse.

¿Qué son los archivos DXF? Los archivos DXF (Drawing Exchange File) son archivos ASCII (texto normal) que contienen casi toda la información necesaria para reconstruir un dibujo. Estos archivos tienen la extensión ".DXF".

169

Capítulo 13: Importando y exportando datos

Exportando datos a un archivo DXF A través de los archivos DXF, RAM Advanse puede trasladar los datos de la geometría de su estructura a un programa de dibujo. Note que la creación de archivos dxf considera todo el modelo y no solamente los miembros visibles en la ventana de gráficos.

Para crear un archivo DXF, usted debe seleccionar el comando Archivo/Exportar/Modelo DXF y luego escribir el nombre del archivo DXF que desea crear. Luego apriete el botón OK.

Para exportar, ejecute el comando Archivo/Exportar/Modelo DXF.

Nota: RAM Advanse guarda en los archivos DXF sólo la geometría básica de su estructura. Esto incluye los siguientes datos:

Coordenadas de los nudos.

Conectividades de los elementos de miembro.

Todos los demás datos (restricciones, resortes, cargas, articulaciones, cachos rígidos, etc.) no son traducidos al archivo DXF.

Importando datos de un archivo DXF RAM Advanse le permite importar una estructura que haya sido dibujada previamente con algún programa de dibujo. Aunque RAM Advanse puede leer la geometría básica, esta es una opción muy útil porque permite crear fácilmente nudos y elementos (que son los datos más morosos de introducir).

El usuario puede asignar material y sección a través de los nombres de layers que fueron utilizados en el dibujo de la estructura. El nombre del layer puede ser "<sección> <material>". Cuando se realice la importación el programa reconocerá la sección y el material facilitando la asignación de secciones y materiales a la estructura.

Ej: "W 10x12 A36" ó "W 10x12". RA asignará esa sección y material.

170

Capítulo 13: Importando y exportando datos

Creando un archivo DXF Los pasos a seguir son los siguientes:

1. Con su programa de dibujo, dibuje su estructura usando los comandos que Ud. desee, pero tenga el cuidado de explotar su dibujo en líneas antes de exportar.

Dibuje las líneas para representar los miembros.

2. Ud. puede dibujar usando el número de capas (layers) que desee, y nombrarlas según la

sección y el material que desee utilizar en la análisis de la estructura cuando sea importada

3. Guarde su dibujo como archivo DXF.

Leyendo el archivo DXF Asegúrese de que RAM Advanse se encuentra en las unidades correctas (las mismas unidades de longitud de su dibujo) antes de importar.

Seleccione el comando Archivos/Importar de/DXF. Luego seleccione el archivo DXF y presione el botón OK.

171

Capítulo 13: Importando y exportando datos

Ejecute el comando Archivo/Importar de/DXF para leer el archivo DXF.

¡Importante! Cuando RAM Advanse lee la estructura, automáticamente crea los miembros y los nudos necesarios para definir la estructura, incluso en la intersección de dos líneas rectas en el espacio.

Por ejemplo, si RAM Advanse encuentra una línea como la de la siguiente figura (a), automáticamente insertará un nudo y creará un elemento adicional, como se ilustra en la misma figura (b).

(a) Línea dibujada (b) Unión creada por RAM Advanse

RAM Advanse creará automáticamente uniones en el tramo cuando estas sean necesarias.

Nota.- Sólo es posible importar miembros (vigas, columnas, etc.). No es posible importar placas.

Para que el programa reconozca el dibujo:

• Toda la geometría será importada con la definición de layer que se utilizó en el dibujo, es decir las secciones y materiales pueden ser asignados desde los layers.

• El dibujo debe estar realizado en base a líneas. Si el dibujo presenta polilíneas, círculos o polígonos, éstos deben ser primero explotados a líneas.

Archivos de RAM Structural System RAM Advanse tiene la habilidad de importar un modelo de RAM Structural System (archivos: *.rss, *.ram). Se puede importar la geometría de la estructura, las propiedades de los miembros (formas, apoyos, etc.), las cargas gravitacionales y laterales, los claros como aparecen en el modelo original. Las cargas gravitacionales pueden importarse una vez que las cargas de la estructura tributaria se hayan calculado (entrando a cualquiera de los módulos de diseño de RAM Structural System).

172

Capítulo 13: Importando y exportando datos

Advierta que RAM Advanse tiene un máximo de 10 cargas uniformes y 10 cargas concentradas por miembro y por condición de carga.

Note que la forma de cualquier miembro usado en RAM Structural System que no sea disponible en la base de datos de RAM Advanse tendrá que ser manualmente incorporado a RAM Advanse.

Utilice el comando Archivo/Importar de/ RAM SS para importar un modelo de RAM Structural System.

Modelo completo – Esta opción importará todos los miembros laterales y gravitacionales, incluyendo los miembros diagonales. Todos los miembros gravitacionales serán importados con articulaciones en los extremos. Pero las columnas serán importadas como miembros fijos en el extremo superior. Observe en el programa que la intersección de dos miembros cualesquiera crea automáticamente un nudo. Por ejemplo, cuando una viga se une a otra, la viga portante será segmentada en dos y un nudo será insertado en la intersección.

Modelo lateral – Esta opción importará sólo los miembros laterales del modelo de RAM SS. Las restricciones del miembro y las cargas tributarias gravitacionales serán incluidas.

Mayores diferencias entre el análisis de RAM Advanse y RAM SS Aquí se detallan algunas de las principales diferencias entre RAM Structural System (RAM Frame) y RAM Advanse, las cuales pueden afectar significativamente los resultados, incluso en un modelo importado a RAM Advanse de RAM Structural System.

• Primero, RAM SS divide el modelo en miembros de gravedad y miembros de resistencia lateral. En RAM Frame, los miembros de gravedad transmiten sólo reacciones verticales a los miembros de resistencia lateral y ya no son considerados más adelante en el análisis. En RAM Advanse, no existe la separación entre miembros de gravedad y de resistencia lateral y el comportamiento de la estructura es analizada en conjubto (cuando se importa el modelo completo).

• Reducción de carga viva. En RAM Structural System todas las cargas vivas son analizadas, consecuentemente cuando se realiza una verificación de diseño en un miembro, las solicitudes de carga viva (axial, momento, corte) son reducidas sobre la base de un porcentaje de reducción del miembro específico. En RAM Advanse esto no puede realizarse, así que la carga viva externa es aplicada completamente. Si la carga viva es reducible, y si el área tributaria del miembro directamente cargado es grande (p. ej. un área tributaria de viga), entonces la reducción debe realizarse antes de cargar al miembro, pero no se puede hacer una reducción adicional a las columnas que sustentan dicha viga.

• Factores de sección fisurada de muros. En RAM SS, Ud. puede asignar factores de figuración a muros. Esto no es posible en RAM Advanse. Ud. Por lo tanto debe reducir el espesor o el módulo de elasticidad del material si desea obtener resultados consistentes.

• Mallado. Cada programa realiza su propio mallado, que aunque usan el mismo motor para esto, es posible que no generen los mismos resultados, incluso si se define el mismo tamaño de malla. Esto puede afectar notoriamente en la rigidez del modelo.

• P.Delta. Los dos programas tienen métodos completamente diferentes de analizar el efecto P-Delta. (RAM Frame usa el método global de rigidez y RAM Advanse usa un método iterativo).

173

Capítulo 13: Importando y exportando datos

• Diafragmas horizontales. RAM Frame permite asignar restricciones de diafragma horizontal incluso a niveles inclinados lo que nos es posible en RAM Advanse.

• Cachos Rígidos. En RAM Advanse se puede asignar cachos rígidos, pero en RAM SS esta opción es automática.

Importando archivos STAAD.Pro RAM Advanse tiene la habilidad de importar un modelo de STAAD.Pro (archivo: *.STD). Se puede importar la geometría de la estructura, las propiedades de los miembros, las fuerzas o estados de carga que se ejercen sobre los elementos, además de los materiales y secciones

Para importar un modelo de STAAD.Pro, seleccionar el comando Archivo/Importar/STAAD.Pro y seleccione el modelo a importar como se muestra en la figura

El programa convertirá el modelo seleccionado. En caso de identificar elementos que no se puedan convertir, se mostrará una ventana con los mensajes de advertencia de los condiciones que no fueron importadas.

Al importar un modelo desde STAAD.Pro, se deben tener en cuenta algunas consideraciones en el proceso de conversión de datos.

Para la asignación de Secciones Se utiliza una tabla de conversión, las secciones que no se encuentran en la tabla aparecerán en RAMAdvanse con el mismo nombre que en STAAD.Pro

174

Capítulo 13: Importando y exportando datos

Para las asignación de Materiales Se utiliza una tablas de conversión, los materiales que no se encuentran en la tabal aparecerán en RAMAdavanse con el nombre de material definido en STAAD.Pro

Para cargas uniformemente distribuidas sobre miembros.

Se asume que todas las cargas actúan en el centro de corte de los elementos asignados

Para cargas concentradas sobre miembros

Se asume que todas las cargas actúan en el centro de corte de los elementos asignados

Para cachos rígidos sobre miembros Por defecto se asignan los cachos rígidos en los ejes globales

Para el espesor de placas Se asume el menor espesor de asignado a los nudos como constante para las placas importadas

Para presiones globales sobre placas Las presiones de los ejes globales se importan como componentes a los ejes locales de la placa

Para secciones con láminas de acero ó con recubrimiento de concreto

El programa no puede importarlas, pero se identifican con su propiedades como sufijo (Top, bottom, top&bot)

Secciones W de doble perfil El programa no puede importar secciones de perfil doble.

Para las constantes de resortes en las articulaciones de miembros

Las constantes de resortes a lo largo de los ejes definidos en STAAD como KFX, KFY, ... KMZ en miembros son ignoradas.

Excepciones en placas No se importan cargas trapezoidales en placas,.

No se importan cargas puntuales sobre placas

Excepciones en miembros El programa no puede importar restricciones inclinadas.

La separación de las secciones Angulares y Canales dobles no se considera en la importación

Importando archivos SAP2000 RAM Advanse tiene la habilidad de importar modelos de SAP2000 generados como archivos s2k. (: *s2k). Se puede importar la geometría de la estructura, las propiedades de los miembros, las fuerzas o estados de carga que se ejercen sobre los elementos. Los elementos de secciones y materiales se importan con el mismo nombre que tienen definidos en SAP2000.

175

Capítulo 13: Importando y exportando datos

Las condiciones de carga dinámicas se definen por separado en SAP. Para su importación se crean estados de carga adicionales con el prefijo "DY" para evitar la colisión con los estáticos definidos en el bloque LOAD

Para importar un modelo de SAP2000, primero debe generar el archivo s2k desde SAP2000, luego seleccione el comando Archivo/Importar de/SAP2000 y seleccione el archivo a importar.

El sistema asume la importación en el sistema de coordenadas globales.

En SAP se pueden definir varias funciones de espectro de respuesta. El sistema importa la primera función que es referenciada por un espectro.

Archivos SDNF A través de los archivos SDNF usted puede intercambiar información entre el programa RAM Advanse y programas de detallamiento para estructuras metálicas que soporten este tipo de archivos.

176

Capítulo 13: Importando y exportando datos

¿Qué son los archivos SDNF? Los archivos SDNF (Steel Detailing Neutral File) son archivos ASCII (texto normal) que tienen un formato estándar y han sido concebidos para facilitar el intercambio de información entre programas de análisis/diseño y programas de detallamiento.

Actualmente, muchos programas de detallamiento (por ejemplo Xsteel) pueden leer o crear archivos SDNF.

Mandando datos a un archivo SDNF Para crear un archivo SDNF, usted sólo debe seleccionar el comando Archivo/Exportar SDNF y luego escribir el nombre del archivo SDNF que desea crear. Luego apriete el botón OK.

Para exportar, ejecute el comando SDNF (Steel Detail Nuetral File)

177

Capítulo 13: Importando y exportando datos

Aparecerá una ventana de diálogo. Ud. tiene que definir el nombre del archivo, las unidades y el tipo de miembros.

Seleccione la versión de archivo SDNF a la cual desea exportar. (2.0 o 3.0)

Ahora usted puede ir a algún programa de dibujo que soporte los archivos SDNF y leer la estructura.

Algunas de las características del archivo SDNF exportado son:

Descripción de miembro, primera línea:

"Member number" "Cardinal point" "0 " "0 " “Type field” “Piecemark field” “Revision level field”

(Número de miembro)(Punto cardinal) (Tipo) (Pieza) (Nivel de revisión)

El punto cardinal está de acuerdo a los estándares, el tipo puede ser COLUMN (columna), BEAM (viga) o BRACE (Diagonal). Si los nudos de los miembros se encuentran en un plano horizontal o vertical el miembro será reportado como viga o columna, caso contrario será considerado como miembro diagonal. Ud. puede cambiar esto dentro de la ventana de diálogo

La pieza contiene la descripción del miembro en RA y el nivel de revisión se reporta siempre como “0”

Las longitudes están en las unidades especificadas.

Para los miembros de sección variable, se ha definido como estándar la exportación de los perfiles “W 14X74” y “W 10X68” como constantes.

Mandando datos a RAM BasePlate RAM Advanse tiene la habilidad de exportar datos para el diseño de placas base en RAM BasePlate.

Para esto, seleccione la columna deseada y ejecute el comando Archivo/Exportar/RAM BasePlate. 178

Capítulo 13: Importando y exportando datos

Ventana de diálogo para exportar datos a RAM BasePlate.

Va a aparecer una ventana de diálogo. Ud. tiene que definir las cargas que se van a considerar, la norma a utilizar para las combinaciones de carga, los ejes sobre los cuales se aplicarán las cargas (RAM BasePlate por el momento no puede analizar las placas base a flexión biaxial) y la plantilla a utilizar con la geometría inicial del anclaje. Presione Aceptar y la geometría de la columna junto con las condiciones de carga serán exportadas. La columna puede ser un tubo (circular o rectangular), I, de cualquier tamaño.

RAM BasePlate será ejecutada inmediatamente y UD. estará en condiciones de efectuar el diseño de la placa base. Vea la documentación de RAM BasePlate para más detalles.

Observe que sólo se consideran estados de carga (no combinaciones). Dentro de RAM BasePlate Ud. dispone de un generador de combinaciones que se ejecuta de acuerdo a la norma seleccionada.

Es importante hacer notar que RAM BasePlate trabaja sólo con un momento flector ya sea alrededor del eje mayor o principal o menor. El usuario tiene que seleccionar cual momento va a ser considerado: M33 si se elige la opción del eje mayor o M22 si se elige la opción del eje menor.

Note también que si Ud. vuelve a exportar los datos de una columna dada en su estructura, ya no necesitará volver a especificar la plantilla a utilizar, pues el programa “recordará” la especificada.

179

Capítulo 14: Cáscaras

Capítulo 14: Cáscaras

Introducción Este capítulo proporciona una breve descripción de las opciones para introducir el elemento cáscara, conceptos básicos junto a la forma de visualizar los resultados en forma gráfica y numérica de este elemento. Es importante que el usuario tenga sólidos conocimientos sobre elementos finitos para modelar adecuadamente los problemas con placas y así poder interpretar correctamente los resultados proporcionados, ya que es muy fácil cometer errores y mal interpretar los resultados.

Elemento tipo placa Las hipótesis adoptadas para el elemento utilizado en RAM Advanse son:

• Placas rectangulares

• Material elástico, homogéneo e isotrópico

• Desarrollo de la resistencia por una combinación de acciones de flexión y de membrana.

El método de cálculo es el de la matriz de fuerzas y el elemento general adoptado es el tipo rectangular de cuatro nudos.

Elemento tipo de 4 nudos.

Dos tipos de cargas pueden actuar sobre el elemento

Placas sometidas a momentos flectores debido a cargas actuantes fuera del plano de la misma, éstas pueden ser traducidas en momentos flectores M11, M33 con sus respectivos cortantes transversales o momentos de alabeo o torsores M22.

181

Capítulo 14: Cáscaras

Momentos flectores y de alabeo que pueden actuar en una placa.

También sobre la placa pueden actuar fuerzas de membrana (en el plano de la placa) que se pueden traducir en fuerzas normales F11 y F33 y fuerzas de corte F13

Acciones de membrana actuando sobre la placa.

Si ambos tipos de carga son considerados, se tendrán 6 grados de libertad.

En los elementos se utiliza una formulación basada en una integración numérica de 8 puntos, que son los llamados puntos de Gauss:

Puntos de Gauss en el elemento.

Las fuerzas en el elemento son evaluadas en el sistema de coordenadas local en los puntos de Gauss y extrapoladas a los nudos de los extremos en coordenadas globales.

182

Capítulo 14: Cáscaras

Fuerzas en los nudos calculados para cada elemento.

El procedimiento numérico produce siempre algún error, cuya magnitud se puede apreciar a partir de las diferencias entre las fuerzas halladas para cada punto común de diferentes placas.

Error aproximado de las fuerzas calculadas en nudos.

Si bien se tiene la posibilidad de adoptar un elemento triangular, este no es recomendable ya que el cálculo de la distribución de tensiones en este elemento es muy pobre y menos preciso que el elemento tradicional de 4 nudos. Es recomendable evitar el uso de estos elementos mediante la generación automática de la grilla.

Aplicaciones para el modelo Existen innumerables aplicaciones para el elemento proporcionado.

El comportamiento de membrana se aplica cuando los esfuerzos en la placa se originan por cargas actuantes en el mismo plano. Como se muestra en la siguiente figura, estas fuerzas son paralelas a la dimensión delgada de la placa.

Comportamiento de membrana con fuerzas actuantes en el plano de la placa.

Este tipo de solicitaciones ocurre por ejemplo en muros de corte sometidos a fuerzas verticales y laterales.

183

Capítulo 14: Cáscaras

Muros de corte con efecto de membrana. El comportamiento a flexión ocurre cuando existen cargas actuando perpendicularmente al plano de la placa.

Cargas que originan esfuerzos de flexión.

Los esfuerzos de flexión son los que se originan principalmente en losas de piso o losas de fundación:

Losas modeladas con elementos placa.

O también en cáscaras de eje curvilíneo en tres dimensiones.

184

Capítulo 14: Cáscaras

Cáscaras de eje curvilíneo. RAM Advanse ofrece la posibilidad de determinar las secciones de armadura tanto positiva como negativa (respecto a los ejes locales) necesarias por flexión. Esta opción posibilita la verificación del refuerzo requerido para losas de piso o losas de fundación.

Determinación del refuerzo por flexión en losas de hormigón armado en el plano X-Z.

Generación de cáscaras La generación de cáscaras es similar a la generación de miembros: esto es, primero se selecciona los nudos y luego se presiona un botón que crea los elementos.

La generación de placas es mejor explicada con un ejemplo:

Hilera de 4 placas a ser generadas.

Seleccione los nudos en el orden mostrado arriba. Esto es, primero seleccione los nudos de abajo, luego los de arriba en el mismo sentido.

185

Capítulo 14: Cáscaras

Luego vaya Placas/Nudos de Placas y presione Con esto se habrá generado las placas.

Nota.- Advierta que el orden de selección es muy importante para la generación correcta de las placas. Tome el tiempo para verificar la orientación de los ejes locales en las placas ya que la salida de resultados como la relacionada con el refuerzo requerido se presenta relativa a estos ejes.

Si no se han generado correctamente, presione para deshacer y empiece de nuevo.

La selección de nudos debe ser realizada en el siguiente orden:

Primero seleccione los nudos de abajo en el orden indicado.

Luego seleccione los nudos de arriba, en el orden indicado.

Advierta que los nudos de abajo y de arriba deben ser seleccionados en el mismo orden.

En muchos casos el área cubierta por las placas puede ser dividida en áreas rectangulares más pequeñas, en las que la subdivisión de placas se controla con las herramientas de segmentación de placas (nudos laterales o indicación del número de placas de división).

186

Capítulo 14: Cáscaras

Placa irregular dividida en áreas rectangulares más pequeñas.

En la misma hoja puede hacer clic el botón , herramienta para introducir la separación entre placas, previamente se deben seleccionar los nudos de la placa y luego introducir la separación.

Haciendo clic el botón , las placas seleccionadas se juntan en un solo elemento. En la selección de las placas se deben considerar los siguientes aspectos: seleccionar placas que se encuentren en un mismo plano, que tengan el mismo espesor, deben tener el mismo material y las mismas cargas asignadas. El programa muestra las advertencias en caso de no cumplirse con alguna de estas condiciones.

Descripción Al igual que con los miembros, a las cáscaras se les debe asignar una descripción apenas las haya creado.

El proceso para asignar una descripción es similar al de miembros y se explica a continuación:

Seleccione las placas eligiendo primero una del grupo y luego presionando .

187

Capítulo 14: Cáscaras

Luego vaya a Placas/Descripción y presione el botón o escriba la descripción y luego presione

.Si desea definir las placas como muros presione el botón

188

Capítulo 14: Cáscaras

Introduciendo el espesor de la cáscara Para introducir el espesor de las placas, siga los siguientes pasos:

Seleccione primero las placas.

Escriba el valor del espesor y luego presione el botón .

Nota.- Para ver las descripciones presione el botón y para ver el espesor, presione el botón que se encuentran en la ventana de opciones de graficación.

Introduciendo claros en las placas Para introducir claros en las placas:

Seleccione primero las placas.

189

Capítulo 14: Cáscaras

Luego, introduzca los valores de distancias desde el nudo referencial para la ubicación de los claros, y la longitud del claro a lo largo de cada eje.

Nota.- El usuario puede definir un nuevo claro haciendo presionando el botón, luego se desplegará una ventana con las opciones para definir la ubicación y las dimensiones del claro.

Definiendo apoyos intermedios Para asignar apoyos intermedios, siga los siguientes pasos:

Seleccione el tab de Placas

A continuación, vaya a Placas/Apoyos intermedios.

Si se requiere asignar solamente apoyos en los extremos, puede hacer clic en el botón . Esta opción también puede ser definida desde la planilla, seleccionando la celda correspondiente.

Si requiere asignar apoyos intermedios a partir de los extremos, presione el botón . Se despliega una ventana para definir el tipo de apoyo: fijo, articulado, o resortes en compresión. Extensión, es la distancia en la que se colocan los apoyos intermedios, a partir de los apoyos extremos del modelo físico. Puede ser introducida en porcentaje (%) o en longitud.

190

Capítulo 14: Cáscaras

Definiendo ejes locales Para definir los ejes locales de las placas, siga los siguientes pasos:

Seleccione el tab de Placas

A continuación, vaya a Placas/Ejes locales

El usuario puede introducir el ángulo de rotación de la placa directamente en la planilla o utilizando las siguientes herramientas:

Presione el botón para cambiar la orientación de la losa .

Presione el botón para alinear el eje local1 de la placa con un nudo seleccionado .

Alinear los ejes con los ejes locales de la primera placa seleccionada .

Nota.- El ángulo de rotación se introduce en grados.

Definiendo el grado de discretización El grado de discretización se puede definir en el modelo físico y en modelo FEM, la discretización se realiza desde los bordes de la placa y luego se van tomando puntos no estructurados dentro de la placa.

191

Capítulo 14: Cáscaras

Presionar la herramienta Segmentar elementos en la barra Modelo, la discretización es automática. En la ventana de segmentación, el usuario debe definir la máxima distancia permitida entre nudos y la tolerancia para fusionarlos; esto significa que los nudos que se encuentran a menor distancia que la tolerancia se asumen como un solo nudo y son fusionados durante la generación de la placa segmentada. Cuando se comparten los bordes entre placas, tienen los mismos nudos generados después de la segmentación para evitar nudos duplicados. La discretización se realiza desde el borde de la placa, y luego otros puntos no estructurados son generados en la placa.

Para optimizar la discretización el programa utiliza un programa avanzado de segmentación para modelar placas con cualquier claro (“Computing Objects SARL”). El usuario puede modificar en opciones avanzadas el nivel de optimización y el factor de calidad de la malla.

El nivel de Optimización es utilizado para mejorar la calidad de forma y tamaño de los elementos discretizados y puede ser definido entre valores de 1 y 10. El nivel 3 es el valor por defecto para un buen balance entre calidad y costo de procesamiento de la unidad (análisis de tiempo).

El factor de calidad de malla controla la relación entre la optimización de forma y tamaño. El valor por defecto es 0.6 y da leve preferencia a la calidad de forma sobre la calidad de tamaño. Este puede ser definido como cualquier número entre 0.1 y 1.

Asignando Materiales Para asignar materiales, siga los siguientes pasos:

Seleccione el tab de Placas

192

Capítulo 14: Cáscaras

A continuación, vaya a Placas/Materiales. Elija el material con el ratón y presione el botón . Los materiales ahora han sido asignados.

Nota.- Para dejar de ver los nombres de las secciones y los materiales de la graficación,

levante (desactive) los botones de la barra de propiedades del modelo.

En el caso de haber escogido hormigón armado deberá, además introducir el recubrimiento mecánico.

Presión sobre placas Para introducir las presiones sobre las placas, siga los siguiente pasos:

Elija primero la condición de carga correspondiente.

193

Capítulo 14: Cáscaras

Seleccione las placas.

Vaya a Placas/Presión, escriba el valor de la presión y luego presione .

Nota.- Si la dirección de la presión que se ve en la graficación tiene el sentido contrario al que usted desea, cambie el signo de la presión. Un valor positivo coincide con el sentido positivo del eje local 2 (perpendicular a la placa).

Discretizando placas Para obtener un grado de precisión aceptable en el cálculo de placas es necesario dividir la malla en un número razonable de sub-placas. En caso de que se utilice una malla muy grosera, es necesario subdividir para evitar errores que podrían ser inaceptables. La idealización del modelo y la subdivisión de la malla son pasos muy importantes en la modelación con elementos finitos.

Cuando se subdivide una malla se deben emplear elementos finitos de la misma forma original.

Se recomienda leer la literatura disponible relacionada con el tema antes de utilizar los elementos placa en su estructura. El conocimiento y criterios técnicos juegan un papel muy importante en la idealización de la estructura.

Por ejemplo: si generamos las placas que ilustramos en el gráfico (introduciendo placas), más su espesor (introduciendo espesores de placas), y las seleccionamos.

194

Capítulo 14: Cáscaras

Seleccione las placas a ser subdivididas Luego, para subdividir, ingrese el número de segmentos de cada placa.

Las diferencias de las fuerzas calculadas en nudos de placas adyacentes son una indicación bastante buena para determinar la precisión que se está obteniendo con la discretización adoptada. Es importante mencionar que esta precisión disminuye en los bordes.

Otra posibilidad para verificar la precisión obtenida, es estudiar la convergencia de los resultados obtenidos con diferentes discretizaciones. Grandes diferencias entre los resultados indican que se requiere un mayor número de elementos para modelar el comportamiento estructural de forma exacta. Como ejemplo, se presenta el caso de una losa rectangular de hormigón armado que se encuentra empotrada en sus cuatro extremos y está sometida a una presión uniforme. Las dimensiones de la losa son 30ft x 15ft. Este ejemplo será utilizado en diferentes secciones de este capítulo y será denominado como ejemplo Placa1. Como este es un caso muy simple existen tablas con la solución para los esfuerzos de este problema siguiendo métodos clásicos.

Características del ejemplo utilizado.

De acuerdo a las tablas los valores de los momentos que se obtienen son:

195

Capítulo 14: Cáscaras

Momentos principales: en apoyo Mxx = -0.084*p*l², en tramo Mxx = -0.041*p*l²

Momentos secundarios: en apoyo Mzz = -0.058*p*l², en tramo Mzz = 0.010*p*l²

Se tiene una deflexión máxima: ω = 0.030*p*l4/(E*t3)

Donde l = es la luz menor, en este caso = 15 pies

E = módulo de deformación

t = espesor de la placa

p = presión uniforme aplicada

µ= coeficiente de Poisson

A continuación se desarrollan tres discretizaciones, de 2x4, 4x8 y la última de 8x16:

Diferentes discretizaciones adoptadas para el ejemplo propuesto.

Los resultados (*) que se obtienen con las discretizaciones elegidas son:

Descripción Tablas 2x4 4x8 8x16

M11 en apoyos (Kip)

-3.78 -3.05 -3.49 -3.69

M11 en tramo (Kip)

1.85 3.05 2.13 1.90

M33 en apoyos (Kip)

-2.61 -1.55 -2.30 -2.50

196

Capítulo 14: Cáscaras

M33 en tramo (Kip)

0.45 1.12 0.72 0.63

Máxima deflexión (ft)

0.00468

0.00620

0.00577

0.00562

197

Capítulo 14: Cáscaras

Determinación del refuerzo requerido por flexión en placas de hormigón armado Dentro de la opción de impresión de resultados (ver siguiente sección) se ha incluido la posibilidad de la determinación del área de refuerzo necesario por flexión para placas de hormigón armado.

La determinación del refuerzo por unidad de longitud se realiza adoptando los momentos establecidos en el análisis, siguiendo el método de rotura de la norma ACI 318-99. Para esto se considera las propiedades del hormigón armado introducidas en materiales y el recubrimiento mecánico. En este cálculo no se consideran los momentos torsores o de alabeo, las fuerzas cortantes, ni las tensiones de membrana.

Impresión de resultados Esta sección describe los reportes disponibles en RAM Advanse para placas. La salida de resultados se obtiene seleccionando en el menú Reportes– Resultados del análisis... Las opciones de impresión se muestran en la siguiente ventana:

Ventana de diálogo del ítem Imprimir – Resultados del análisis.

Esfuerzos en placas Esta opción permite disponer de los esfuerzos en cada nudo debidos a los efectos de membrana y /o a esfuerzos de flexión. Por cada nudo se consideran dos puntos, uno ubicado en el extremo superior o a +t/2 del centro de la placa respecto a sus coordenadas locales (t es el espesor) y el otro en el extremo inferior o a –t/2 del centro de la placa.

198

Capítulo 14: Cáscaras

Esfuerzos en placas Los esfuerzos en la placa son las fuerzas por unidad de área que actúan dentro del elemento para resistir las cargas aplicadas. Los esfuerzos en cada nudo son:

σ11, σ33: Esfuerzos en el plano que siguen la dirección de los ejes 1 y 3 respectivamente.

τ13: Esfuerzo cortante en el plano.

τ12, τ13: Esfuerzos cortantes transversales.

σ22: Esfuerzo transversal directo (se asume siempre igual a cero). Los esfuerzos principales son:

σ max: Tensión máxima

σ min: Tensión mínima

Ang σ: Angulo de rotación respecto a los ejes locales para los esfuerzos principales

τ max: Esfuerzo cortante transversal máximo (promedio para ambas caras)

Ang: τ: Angulo de rotación respecto a los ejes locales

Von Mises: Tensión de fluencia propuesta por von Mises, utilizada principalmente en el diseño de placas metálicas que sigue la expresión:

σe = (σ²x + σ²y - σx*σy + 3*τ²)1/2

Donde:

σe = Tensión equivalente uniaxial de von Mises

σx, σy = tensiones biaxiales en cualquier eje de referencia

τ = esfuerzo cortante de las tensiones biaxiales consideradas.

Los esfuerzos toman en cuenta las tensiones de membrana y de flexión.

199

Capítulo 14: Cáscaras

Ejemplo del reporte de esfuerzos.

Fuerzas internas en nudos Se definen como las fuerzas y momentos resultantes considerando los esfuerzos a lo largo de todo el espesor de la placa por unidad de longitud de la placa. Estas fuerzas son:

F11, F33: Fuerzas axiales de membrana.

F13: Fuerza cortante de membrana (en el plano).

M11, M33: Momentos flectores.

M13: Momento de alabeo.

V12, V23: Fuerzas cortantes transversales.

Las fuerzas principales están dadas por:

Fmax: Fuerza axial máxima.

Fmin: Fuerza axial mínima. Ang F: Angulo de rotación respecto a los ejes locales para las fuerzas principales.

M max: Momento flector máximo.

M min: Momento flector mínimo. Ang M: Angulo de rotación respecto a los ejes locales para los momentos principales.

Vmax: Fuerza cortante transversal (promedio)

200

Capítulo 14: Cáscaras

Ang V: Angulo de rotación respecto a los ejes locales para el cortante principal.

El convenio de signos adoptado está dado por los ejes locales.

Convención de signos para fuerzas internas

Fuerzas en nudos Las fuerzas actuantes en los nudos se muestran en cada elemento, el cual se encuentra en equilibrio con la actuación de las mismas. La convención adoptada para las fuerzas se muestra en la siguiente figura y coincide con los ejes globales.

Convención de signos para fuerzas en nudos en función a ejes globales.

Esta opción es especialmente útil para verificar el equilibrio de dichas fuerzas en elementos contiguos, pues como ya se mencionó anteriormente, la precisión de la discretización afecta el equilibrio entre éstas fuerzas.

También se incluye la opción de mostrar las envolventes de fuerzas en nudos es útil en el diseño, pues con ésta se puede apreciar el rango de fuerzas actuantes sobre cada elemento.

Fuerzas en caras Esta opción muestra las fuerzas actuantes en cada cara de las placas:

Fuerzas actuantes en caras y convención de signos.

201

Capítulo 14: Cáscaras

Es muy útil en el diseño, principalmente de muros de corte, pues permite disponer de las solicitaciones en las diferentes secciones. La convención de signos adoptada está de acuerdo a la anterior figura:

• Corte, S y V, de acuerdo a la figura.

• Momento de alabeo, M22, de acuerdo al eje local 2 (regla de la mano derecha).

• Axial, F, positivo para tracción, negativo para compresión.

• Momento flector, M, positivo cuando la fibra inferior está en tracción (de acuerdo al eje 2) y negativo caso contrario.

De forma similar a la envolvente de fuerzas en nudos, se presenta la opción de disponer de la envolvente de fuerzas en las caras. De esta manera se conocerá el rango de fuerzas actuantes para las condiciones seleccionadas.

Diseño de placas de hormigón armado a flexión Esta opción permite tener los valores de los momentos flectores unitarios y sus respectivas áreas de refuerzo por unidad de longitud para las placas.

El refuerzo provisto en la zona de compresión debe ser calculado con la siguiente ecuación:

El refuerzo provisto para la zona de tensión debe ser calculado con la siguiente ecuación:

Donde “a” es la solución de la ecuación (ecuación cuadrática)

A1= b*0.85*fc/2

B1= -b*0.85*fc*d

C1= M-0.85*fc*b*h*(d-h/2)

b = ancho unitario

h = espesor

d = profundidad efectiva (espesor- recubrimiento mecánico)

fcd = resistencia a compresión del concreto

fy = resistencia del acero

Los ejes de referencia son por omisión los ejes locales aunque se tiene una opción para adoptar cualquier sistema rotado a partir de los ejes locales para la salida de resultados:

202

Capítulo 14: Cáscaras

Esta opción es especialmente útil para cuando se desee disponer de refuerzo orientado en una dirección distinta a los ejes locales.

Contornos gráficos RAM Advanse ofrece la posibilidad de ver esfuerzos y áreas de refuerzo en placas de forma gráfica. Lo que permite mostrar varios resultados en una forma sencilla clara y consistente.

Para recurrir a esta opción debe seleccionar primero los elementos deseados y luego se debe pulsar el botón en la barra de Resultados del análisis.

Al utilizar la opción de graficación de tensiones se despliega una ventana adicional donde se muestra el rango de tensiones y un submenú con diferentes opciones.

Las opciones de graficación de tensiones en placas son las siguientes:

Tensiones en miembros (por omisión) Esta opción se utiliza para visualizar los esfuerzos en los miembros lineales (ver el manual de ejemplos para más detalles). Las placas seleccionadas se muestran en blanco con esta opción.

Esfuerzos en placas Los esfuerzos que se pueden graficar son:

• -Von Mises que son las tensiones equivalentes uniaxiales de fluencia propuesta por von Mises (ver la sección de Tensiones Principales de la Impresión de resultados para más detalles). Estas tensiones son útiles en el diseño de placas metálicas.

• -σ11, σ33, τ13 son los esfuerzos aciales y corte en el plano en los ejes locales.

• -σ max, σ min son los esfuerzos principales (τ13=0).

• -τ12 y τ23 son el corte transversal en el plano 1-2 y 2-3.

• -τ max es el corte transversal máximo (promedio)

• -Si el usuario desea los esfuerzos referidos a un sistema de ejes rotado un ángulo especificado en respecto al sistema de ejes locales.

203

Capítulo 14: Cáscaras

Gráfico de esfuerzos para el ejemplo de esfuerzos de membrana.

¡Importante! Los esfuerzos que se muestran con esta opción se encuentran en la cara positiva de las placas (de acuerdo a sus ejes locales). Para ver los esfuerzos en ambas caras habilite la opción para ver los esfuerzos a ambos lados de la placa que se describe más adelante.

Fuerzas internas en nudos Las fuerzas internas que se pueden graficar son:

• F11, F33, F13 que son las fuerzas axiales del eje local 1, eje local 3 y el cortante en el plano de la placa.

• Fmax y Fmin que son las fuerzas principales

• M11, M33, M13 que son los momentos flectores unitarios alrededor del eje local 1, eje local 3 y el de alabeo respecto a los ejes locales.

• Mmax, Mmin que son los momentos flectores principales.

• V12, V23 que son los cortes transversales.

• Vmax que es el corte transversal principal (promedio).

• Tanto las fuerzas como los momentos pueden representarse respecto a un sistema de ejes rotado un ángulo especificado en respecto al eje local.

Gráfico de momentos para un ejemplo a flexión.

204

Capítulo 14: Cáscaras

Refuerzo en placas de hormigón armado El refuerzo necesario a flexión puede visualizarse en función de los siguientes factores:

• Ubicación: refuerzo superior o positivo, e inferior o negativo

• Orientación: de acuerdo a ejes locales o rotados

En el ejemplo de la losa empotrada en sus cuatro bordes (Placa1) es muy sencillo diferenciar el refuerzo necesario en la parte superior o inferior, ya que el superior se concentra en los bordes y el inferior se concentra a medio tramo.

Refuerzo superior e inferior principal de una placa con sus cuatro extremos empotrados.

El refuerzo necesario por flexión podrá orientarse de acuerdo a:

Ejes locales:

205

Capítulo 14: Cáscaras

206

Capítulo 14: Cáscaras

Ejes rotados:

Refuerzo referido a ejes rotados a un ángulo dado respecto al eje local.

Smooth La opción suavizar utiliza un algoritmo que permite promediar los valores obtenidos para placas contiguas. Esta acción suaviza las líneas de contorno o tensiones desplegadas.

207

Capítulo 14: Cáscaras

Ejemplo que despliega la acción de smooth.

Envel y Max

Las opciones Envel y Max permiten obtener el gráfico de envolventes del parámetro escogido. Cuando la opción Max se encuentre activa, se mostrará la envolvente positiva, y cuando la opción Max esté desactivada, se mostrará la envolvente negativa. Note que estas opciones sólo trabajan con combinaciones de carga.

En la siguiente figura, se muestran las envolventes positivas y negativas para el momento M11 del ejemplo Placa1. La combinación de carga utilizada es: c1=dl.

Envolventes positivas y negativas para el momento flector de una losa.

Esfuerzos en ambos lados de la placa Si se activa los espesores de placa con el botón (en la barra de Modelo 3D) en conjunto con el botón de tensiones (en la barra de Análisis) se desplegarán los esfuerzos y las tensiones equivalentes uniaxiales de von Mises a ambos lados de las placas seleccionadas.

208

Capítulo 14: Cáscaras

Un ejemplo que muestra los esfuerzos equivalentes de von Mises a ambos lados de la placa.

Referencias • Computing Objects SARL, (2005), CM2 MeshTools, www.computing-objects.com

209

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Una de las grandes ventajas de RAM Advanse es la posibilidad de crear sus propios tipos de sección, e incorporarlos en el programa sobre la base de macros, donde usted especifica la forma y las variables que definen una sección o perfil (tipo de sección). En RAM Advanse, los macros permiten definir también como se calcularán las propiedades relevantes de la sección con las variables o datos básicos provistos como ancho, espesor, alto, etc.

El lenguaje adoptado para los macros es muy simple. Este capítulo le enseñara a crear nuevos tipos de sección a través de los siguientes pasos:

1. Crear un icono representativo del nuevo tipo de sección. Cree un dibujo bmp de 16x16 pixeles. Para esto use cualquier programa de dibujo o graficador que maneje este tipo de archivos, por ejemplo el Paint que viene con Windows. Este dibujo debe ilustrar la nueva forma.

2. Crear un dibujo (bitmap 100x100) que muestre claramente las dimensiones y las variables del nuevo tipo de sección. Este dibujo será utilizado en algunos reportes.

3. Crear un archivo html con algún editor de texto capaz de salvar en este formato. Inserte el dibujo creado en el anterior paso. Si desea introduzca algún comentario. Observe que el presente archivo servirá de ayuda contexto sensitiva durante la introducción de los datos de la sección.

4. Crear un macro en cualquier procesador de texto para el tipo de sección.

Todos los macros que vienen es su copia de RAM Advanse han sido creados de la manera descrita en este capítulo. Es recomendable hacer un vistazo de los macros disponibles en le fólder RAM Advanse/Def.

La mejor forma de crear un nuevo macro para secciones es usando y modificando uno ya existente.

Vamos a suponer, por ejemplo, que se quiere crear un nuevo tipo de sección llamada TEST.

1. Utilice un programa de dibujo y genere un dibujo de 16x16

Ejemplo de bmp de 16x16

Guarde el dibujo 16x16 con el nombre TEST_16x16.bmp en el directorio (Directorio principal)\Def. (Para otras secciones reemplace la palabra TEST por la del nombre del tipo de sección a crear).

2. Cree un dibujo bmp de 100x100 y guárdelo con el nombre TEST_100x100.bmp en el directorio (Directorio principal)\Def. Este dibujo debe mostrar las dimensiones que se necesitan para definir la sección.

211

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Ejemplo de bmp de 100x100.

3. Abra un editor de texto como Word, inserte el dibujo anterior y si desea añade algún comentario.

Guarde el archivo como Test.htm

4. Para generar el macro es aconsejable que usted trabaje sobre la copia de un macro de un tipo

existente que tenga características similares al que va a crear. Ejecute la opción Configuración/Macros LEO/Secciones del menú principal.

212

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Seleccione el tipo de sección más parecida y presione el botón . Introduzca el nuevo nombre y automáticamente el Editor de texto será abierto con el nuevo macro.

Editor de Leo(NotePad) con un macro de secciones, el cual se divide en tres partes.

El macro de secciones está constituido por tres partes, una donde se definen los parámetros generales (commom properties), otra donde se definen las variables de la sección, por ejemplo altura, ancho, etc. Y finalmente la última donde se tienen las subrutinas que definen la sección. Entre éstas tenemos la que define los datos de entrada (askUser) y la que define la geometría de la sección (SectionShape) entre otras. En la siguiente sección se detallan las características de cada parte.

Los macros de sección son archivos de texto con extensión .leo que se encuentran en la carpeta def del directorio principal de RAM Advanse

¡Advertencia! Cuando existan errores en las instrucciones de los macros, puede que RAM Advanse no muestre mensajes de error pero el cálculo de las propiedades de la sección no esté correcto. Esto se debe a que como en cualquier lenguaje, no debe tener errores de sintaxis. Además, es responsabilidad del usuario verificar que las propiedades estén correctas.

213

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Grupo de comandos generales: Este grupo contiene comandos para definir la sección. Así, por ejemplo, para asignar la unidad por omisión de la sección, deberá incluir la siguiente línea en el macro

(Para asignar la unidad In (pulgadas) por omisión, incluya la siguiente línea)

UNIT='In'

(Para asignar la unidad Cm (Centímetros) por omisión, incluya la siguiente línea)

UNIT='Cm'

Como ve, un comando esta compuesto en este caso por un parámetro y el valor del mismo por omisión.

Note que si el valor es una cadena de caracteres esta se encuentra entre comillas.

A continuación se explican los comandos más comunes:

Unidad por omisión Acción del comando:

Asigna la unidad por omisión de la sección (cm, in o mm). En el momento de crear las secciones, la unidad especificada en este comando es la que aparece por omisión, pero si desea puede ser cambiada en el momento de introducir los datos de la sección.

Sintaxis:

UNIT=<unidad>

Valores de <Unidad>:

cm: Centímetros

in: Pulgadas

mm: Milímetros

Tipo de sección Acción del comando:

Le indica a RAM Advanse que procedimiento usar para el cálculo de las propiedades de las secciones.

Sintaxis

TYPE=<tipo>

Valores de <tipo>

LINEOPEN: sección abierta compuesta por líneas delgadas en comparación a sus dimensiones globales. Normalmente aplicable a perfiles metálicos. Ejemplo: perfiles L, I, W, S, T2L, etc.

LINECLOSED: sección también compuesta por líneas delgadas pero que forman un cajón o un círculo. Ejemplo: cilindro, Cajón cuadrado, Cajón rectangular, etc.

SOLID: la sección es un sólido, y no un conjunto de líneas. Por ejemplo, secciones rectangulares sólidas, barras redondas, secciones de hormigón armado, etc.

214

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Forma Acción del comando:

Describe la forma de la sección.

Las secciones T se deben definir siempre con la forma T (shape=T) para que en el diseño se sigan las directivas para este tipo de perfiles.

Sintaxis

SHAPE=<forma>

Valores de <forma> son cadenas de un máximo de 5 caracteres que describen en forma sinóptica la forma de la sección. Por ejemplo: 'I', 'C', 'L', etc.

Los perfiles 'I', 'C', 'L', 'T', etc. tienen que ser definidos usando estas cadenas en los macros de RA. La razón es que los procesos de diseño usan esta propiedad para identificar el perfil y así aplicar las fórmulas correctas de las especificaciones.

Código de la sección Acción del comando:

Especifica el código con el cual debe ser diseñada la sección.

Sintaxis

CODE=<código>

Valores de <código>

HOTROLLED: La sección es metálica de acero laminado en caliente y será diseñada con la norma -ASD, -LRFD o como corresponda

COLDFORMED: La sección es metálica de acero doblado en frío y será diseñada con la norma -ASD o -LRFD como corresponda.

BS_COLDFORMED: La sección es metálica de acero deformado en frío y será diseñada de acuerdo a la norma .

WOOD: La sección es de madera (madera aserrada o madera encolada) y será diseñada con la norma -ASD.

RCONCRETE: La sección es de hormigón armado y será diseñada con la norma correspondiente (p. ej. ).

OTHER: Cualquier sección que no entra en las categorías mencionadas arriba, como por ejemplo perfiles de aluminio.

, Formulación para el diseño Acción del comando:

Este comando sólo se usa para madera o acero con norma británica.Para secciones de madera, se debe especificar si es madera aserrada (lumber) o madera encolada (glulam). Este parámetro

215

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Para la versión 9.0 de RAM Advanse, este parámetro no se requiere más para secciones de acero laminado en frío o en caliente a ser diseñadas con las normas AISI o AISC.

Nota.- Es muy importante que usted entienda claramente a que se refiere la formulación, asigne el valor adecuado a su tipo de sección y tome en cuenta las limitaciones y alcances de cada una de estas formulaciones. Por favor vea los capítulos de Diseño de Estructuras Metálicas ( ) y el capítulo de Diseño de Madera para mayores detalles.

Sintaxis

FORMULATION=<formulación>

Valores de <formulación>

Los valores posibles de <formulación> son GEN, TUBE, IC para secciones de acero ( ), y GLULAM o LUMBER para secciones de madera. Cada una de estas formulaciones representa un enfoque diferente de diseño pero dentro de lo especificado por la norma BS o NDS según sea el caso. Estos enfoques (o formulaciones) son los siguientes:

IC: Este tipo de formulación debe ser asignado únicamente a secciones I (W, HP, S, UB, UC, Joists, etc.) y secciones C.

Esta formulación se aplica a perfiles I o H laminados o soldados (BS)

TUBO: Esta formulación debe ser asignada a secciones tipo conducto o tubería.

Esta formulación está dirigida para perfiles RHS laminados en frío o caliente.

GEN: Esta formulación debe ser asignada a secciones que no entran en las formulaciones anteriores.

Para miembros de madera las siguientes formulaciones están disponibles:

LUMBER: Esta formulación se usa en secciones rectangulares y redondeadas, incluyéndose también a columnas espaciadas. Se halla explicada en el capítulo 4 de la norma NDS.

GLULAM: Esta formulación debe ser usada sólo para secciones rectangulares. Se halla explicada en el capítulo 5 de la norma NDS.

Conexión Acción del comando:

Este comando especifica si la conexión entre elementos del perfil (ala y alma) es continua o intermitente. Si el perfil es laminado en caliente, entonces la conexión es continua. Si el perfil es soldado (armado), entonces la conexión es intermitente (miembros armados).

Sintaxis

CONNECTION=<Conexión>

Valores de <conexión>

CONTINUOUS: La conexión es continua

NONCONTINUOUS: La conexión no es continua

216

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Categoría Acción de comando:

Es una clasificación adicional que se utiliza en miembros de concreto que ayuda a determinar el tipo de miembros a los que se va asignar la sección (es sólo una propiedad descriptiva).

Sintaxis

CATEGORY=<Categría>

Valores de <Categoría> son

BEAM: viga, COLUMN: columna y por último WALL: Muro

Comentario Acción del comando:

Los comentarios no tienen injerencia en el cálculo de las propiedades ni del diseño de las secciones, sólo se utilizan para incluir alguna observación o característica especial de la sección. Este comentario aparece cuando el usuario crea nuevas secciones. Ponga un comentario, por ejemplo, si el perfil tiene alas desiguales, forma especial, etc.

Sintaxis

COMMENTARY = <Comentario>

A continuación desarrollamos un ejemplo para ilustrar mejor los comandos descritos.

Si se tiene un angular con los siguientes datos:

Datos geométricos del angular.

Se deberán definir las siguientes líneas de comando:

UNIT='In' //Define las unidades en pulgadas

TYPE='LineOpen' //Se trata de una sección de línea abierta

SHAPE='L' //La forma es de L, esta propiedad es muy importante en el diseño

CODE='HOTROLLED' //Es un perfil laminado en caliente

FORMULATION='L' //Ya no usada para la norma AISC.

CONNECTION='Continuous' //Se trata de una conexión continua (no es sección armada)

COMMENTARY='(AISC L de alas desiguales)' //es un angular de alas desiguales para futura referencia.

217

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Variables de sección Esta parte del macro especifica el nombre, el valor por defecto y la etiqueta de las variables que se requieren para calcular las propiedades de la sección. Asigne usted tantas variables como sean requeridas para especificar las dimensiones de la sección.

Sintaxis

NombreDeVariable=valor por defecto [unidad] tag <etiqueta>

Nombre de la variable. En lo posible usar un nombre descriptivo de pocos caracteres y el primero debe ser una letra (no un número), siguiendo las reglas generales para las variables. Ejemplo: de nombres de variables:

“a”

“bf”

“d”

La etiqueta de la variable debe dar una pauta del significado de la variable. Por ejemplo: “Altura total”, “Ancho de ala”, “Espesor”, “Radio de doblado”.

Ejemplos de definición de variables son

a = 0.0 [cm] tag 'Altura de la sección'

bf = 1.0 [in] tag 'Ancho del ala'

Note que el valor por defecto no tiene que ser necesariamente cero y que la unidad entre corchetes define las unidades de la variable.

Con el objetivo de seguir las diferentes normas de diseño en cuanto a directivas especiales para perfiles particulares, es que el programa requiere de nombres únicos para ciertas variables (en mayúsculas o minúsculas). Los perfiles con variables específicas son:

Perfiles con formulación IC (I, C o T)

d: altura

tf: espesor de ala,

tw: espesor de alma,

bf: ancho de alma,

r: radio (sólo para BS)

k, k1: distancias (sólo para AISC)

Secciones con formulación= tubo

Tubos rectangulares o cuadrados:

a: altura,

b: ancho,

t: espesor

Tubos de sección circular:

d: diámetro,

218

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

t: espesor.

Secciones I armadas

d: altura,

tf1: espesor de ala superior,

tf2: espesor de ala superior,

tw: espesor de alma,

bf1: ancho de ala superior,

bf2: ancho de ala inferior.

Perfiles L (fomulación=L)

a: altura

b: ancho (sólo para lados desiguales)

t: espesor

Secciones rectangulares para madera:

a: altura,

b: ancho,

t: espesor

Secciones circulares para madera:

d: diámetro,

t: espesor.

Otras secciones no tienen ninguna restricción.

Adoptando el mismo ejemplo del angular usado en la sección anterior, tenemos:

//section variables

a = 0.0[in] tag 'Altura'

b = 0.0[in] tag 'Ancho'

T = 0.0[in] tag 'Espesor'

k = 0.0[in] tag 'Distancia k'

Note que todos los valores en este caso son cero.

Prop AskUser (Propiedades de pregunta para el usuario) En esta subrutina se define que es lo que se preguntará al usuario. Generalmente se tienen dos líneas de comando:

Declaración:

Html(fileName as string)

Muestra el archivo de ayuda que se desplegará cuando se pidan los valores de las siguientes variables. Se trata de un archivo .htm que debe estar en la carpeta Def del directorio principal.

219

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Declaración:

Ask(ref data, caption as string)

Pide cierto valor al usuario para una variable definida.

Sintaxis

Prop AskUser()

html(<Nombre archivo htm>)

ask(Nombre de variable, <Línea de entrada>)

...

End Prop

El nombre de variable debe ser de una variable previamente declarada.

La línea de entrada es el texto con el que se pedirá el valor en el diálogo de secciones

Ilustrando con el ejemplo del angular, la subrutina es la siguiente:

//user defined values

Prop askUser()

html('Test') //El archivo Test.htm es el que se mostrará en la ayuda contexto sensitiva

ask(a, 'Altura') //Primero se introduce la altura

ask(b, 'Ancho') //luego el ancho

ask(T, 'Espesor') //y finalmente el espesor

ask(k, 'Distancia k') //Se necesita k para aplicaciones de conexiones, no para definir la geometría

End Prop

Prop Section Shape (Propiedades de definición de la sección) Aquí se establece la geometría de la sección como algunas propiedades de diseño de cada elemento de la misma.

Node (Nudo) Declaración:

Node(id as integer, x as float, y as float)

Para definir un perfil, usted debe ir creando nudos en el plano y luego los va conectando con líneas.

Acción del comando:

Este comando le permite crear un nudo o arista de la sección.

Nota.- La palabra Node (nudo) tal cual se la define aquí no tiene relación con el elemento nudo de una estructura.

Sintaxis

NODE (<Número de nudo o identificador>, <coordenada X>, <coordenada Y>)

220

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

La definición de cada nudo o arista debe tener un número de nudo o identificador, una abscisa o coordenada en el eje horizontal y una ordenada o coordenada en el eje vertical.

Este comando debe repetirse el número necesario de veces igual al número de aristas de la sección.

A continuación procedemos a mostrar la aplicación en el ejemplo del angular:

Coordenadas de los nudos

//Nodes

Node(1, 0, 0)

Node(2, -b+0.5*t, 0)

Node(3, -b+0.5*t, a-0.5*t)

Los nudos que se han definido son:

SetLine (inicio de líneas)...EndLine (fin de líneas) Declaración:

SetLine(thickness as float, radius as simple)

EndLine

Acción de comando:

Permite establecer la serie de elementos de una sección, definiendo el espesor y el radio interno de doblado.

Note que luego de iniciar este comando se pueden tener una cantidad variable de líneas, dependiendo del número de elementos y diferentes propiedades que se asignen a los diferentes elementos. Los comandos que se pueden utilizar son: Rigid, Closed, y Segment. Advierta también que al final debe incluirse siempre una línea con el comando EndLine para dar por terminada la definición de líneas.

Sintaxis:

SetLine(<variable espesor>, <variable de radio de doblado>)

Para definir el espesor de la línea introduzca cualquier variable de la sección, por ejemplo “t”.

El radio de doblado tiene normalmente un valor superior a cero cuando se tiene un perfil doblado en frío. La variable de radio de doblado debe ser definida previamente. En caso que no exista radio de doblado, escriba el valor “0” (cero).

221

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

A continuación se muestra el comando línea para el ejemplo del angular.

//lines

SetLine(T, 0) //No se incluyen comandos como rigid o closed que se verán a continuación

Segment(1, 2)

Segment(2, 3)

EndLine

Segment (Segmento de línea) Declaración:

Segment(n1 as integer, n2 as integer)

Acción de comando:

Determina un segmento de línea entre los nudos n1 y n2. Este comando debe ir siempre dentro de un SetLine.

Los valores de rigid y closed vigentes serán asignados al segmento-

Sintaxis

Segment(<identificador del nudo inicial>, <identificador del nudo final>)

En el ejemplo del angular se deben crear dos líneas que requieren las siguientes instrucciones:

Segment(1,2)

Segment(2,3)

Rigid Declaración:

Rigid(value as integer)

222

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Acción del comando:

Este comando permite especificar claramente el tipo de cada elemento que compone la sección.

RAM Advanse no requiere esta información para el caso de perfiles laminados en caliente si tiene las formas más comunes (I, C, etc). Sólo en casos especiales (secciones personalizadas), este dato es necesario para saber cuando un perfil es compacto, no-compacto, o esbelto.

El programa usa este parámetro para determinar la clase del elemento (plástica, compacta, no compacta o esbelta). Esta verificación se realiza en perfiles laminados en frío o caliente.

1: Alas sobresalientes de pares de ángulos en contacto continuo, patines de canales en compresión axial; ángulos o placas salientes o en voladizo desde vigas laminadas o columnas.

2: Troncos de perfiles T.

3: Elementos no rigidizados, simplemente apoyados a largo de un borde, tales como patines de puntales o arriostres de ángulo simple (perfiles L), alas de puntales o arriostres de ángulo doble con separadores y secciones transversales con forma de cruz o estrella.

4: Patines de cajones cuadrados o rectangulares y secciones estructurales huecas de espesor uniforme sujetos a flexión o compresión.

5: Todos los restantes elementos rigidizados con compresión uniforme, por ejemplo apoyados a lo largo de dos bordes. (No aplicable para secciones BS).

6: Almas en flexión y compresión axial combinadas.

7: Elementos no atiesados, simplemente apoyados a largo de un borde, tales como alas de puntales o arriostres de ángulo simple, alas de puntales o arriostres de ángulo doble con separadores y secciones transversales tipo cruz o estrella.

8: Secciones circulares huecas en compresión axial y en flexión.

9: Patines de vigas de perfiles I y canales en flexión.

10: Ancho no apoyado de placas de cobertores perforados con una sucesión de orificios de acceso. (no aplicable para secciones BS)

Para el caso de perfiles formados en frío, el programa requiere que se defina para cada elemento si es un elemento de reborde (lip, Rigid=2), si es una ala con rigidizador de extremo (Rigid=3), si es un elemento no rígido (1) o rígido (0, valor por omisión). Lo que determina las fórmulas que se van a adoptar para el cálculo del ancho efectivo para cada elemento.

Ejemplos de valores de Rigid que se pueden adoptar para secciones AISI.

Sintaxis

Rigid(<número de rigid actual>)

223

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

El comando rigid con el número deseado debe ser insertado antes del comando de creación de los respectivos segmentos.

Note que puede existir un solo comando de rigid para varios segmentos de la línea.

Valores de <número de rigid >

Ver los valores dependiendo de las especificaciones y tipos de elemento (para más detalles ver las tablas que se dan el los capítulos de diseño de acero.

SetSolid (Definir sólido) Declaración:

SetSolid

EndSolid

Acción del comando:

Este comando define el contorno de una sección sólida. Entre SetSolid y EndSolid se deben tener tres o más comandos segment para que se pueda definir una sección sólida. Al final se debe tener un EndSolid para dar por terminado el comando

Sintaxis

SetSolid

Segment(n1,n2)

Segment(n2,n3)

....Segment(n3,n4)

...

End Solid

¡Importante! Note que es necesario conectar un ciclo cerrado. Esto significa que si empieza con el nudo 1, debe terminar también con el nudo 1 siguiendo un sentido horario.

Para el ejemplo de la figura se deberá tener el siguiente código:

//solids

SetSolid

Segment(1, 4)

Segment(4, 3)

Segment(3, 2)

224

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Segment(2, 1)

EndSolid

Bars y Bar Declaración:

Bars(x1 as float, y1 as float, x2 as float, y2 as float, nroBars as integer, setInitial as boolean)

Bar(x as float, y as float)

Acción de comando:

Bars permite especificar el número de barras que serán dibujadas en 3D para miembros de hormigón armado, mientras que bar dibuja una sola barra. Ambos comandos se utilizan normalmente luego del comando SetSolid que define la sección.

Sintaxis

Bars(<coordenada inicial en X>, <coordenada inicial en Y>, <coordenada final en X>, <Coordenada final en Y>, <número de espacios entre barras a dibujar>, <0 ó 1 para indicar si se va a dibujar la barra en el punto inicial>)

Bar(<coordenada en X de la barra>, <coordenada en Y>)

Como ejemplo se tiene una sección rectangular con la siguiente armadura:

Los comandos que se requieren para definir las barras son los siguientes considerando que el centro del sistema de coordenadas adoptado está en la esquina inferior izquierda:

//Bars

Bars(s, s, b-s, s, 3, true) //dibuja 3 espacios con 4 barras inferiores

Bar(b-s, h-s) //dibuja la barra superior derecha

Bar(s, h-s) //dibuja la barra superior izquierda

Join (Unión) Declaración:

Join(thickness as float, n1 as integer, n2 as integer)

Acción del comando:

Este comando le permite conectar dos grupos de elementos de una sección para formar una sección armada.

Sintaxis

Join(<espesor>, <identificador de nudo de un grupo de segmentos>, <identificador de nudo de otro grupo de segmentos>).

225

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

Note que los nudos a unir deben encontrarse muy próximos entre sí.

Un ejemplo de este comando puede encontrarse en la sección C&C donde se utiliza para unir los nudos 3 y 5 de los dos perfiles (grupos de elementos) con un espesor dado por la variable tf2 de la siguiente manera:

Sección de ejemplo de joins

Join(tf2, 3, 5) //une los nudos 3 y 5 con un espesor igual a tf2

Closed Declaración:

Closed(valor booleano)

Acción del comando:

Este comando le permite indicar que elementos están conectados en forma cerrada en una sección. Se utiliza dentro de un comando SetLine.

Sintaxis

Closed(<0 ó 1>)

Siendo

0: elementos conectados de forma abierta

1: elementos conectados de forma cerrada

Como ejemplo se presenta una sección cajón con los siguientes nudos:

SetLine(t,0)

...

Closed(1) //Los siguientes elementos están conectados de forma cerrada

Segment(1,2)

Segment(2,3)

Segment(3,4)

Segment(4,1)

226

Capítulo 15: Creando nuevos tipos de secciones con sus macros

EndLine

Line (Línea) Declaración:

Line(thickness as float, radius as simple, rigid as integer, close as integer, n1 as integer, n2 as integer)

Acción del comando:

Este comando alternativo le permite conectar dos nudos con una línea incluyendo todas las características como el radio y rigid en una sola línea.

Sintaxis

Line(<Espesor>,<radio>, <rigid>, <close>, <número de nudo inicial>, <número de nudo final>)

Para el ejemplo del angular se necesitarían las siguientes líneas:

Line(t, 0,7,0,1,2) //Dibuja una línea con espesor t, sin radio de doblado, con rigid=7, abierta entre nudos 1 y 2

Line(t,0,7,0,2,3) //Dibuja una línea con espesor t, sin radio de doblado, con rigid=7, abierta entre nudos 1 y 2

227

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Una de las grandes ventajas de las plantillas de estructuras en RAM Advanse es que usted mismo puede crearlas y luego insertarlas en el programa.

Este capítulo le explicará como crear sus propias plantillas.

En general, se deben realizar los siguientes pasos:

1. Crear un dibujo representativo de la plantilla (formato jpg).

2. Crear un dibujo en mayor detalle que muestra las dimensiones y sus variables (formato jpg).

3. Crear un archivo texto con la definición de la plantilla.

Todas las plantillas que vienen con RAM Advanse han sido creadas tal como se describe en este capítulo. Por lo tanto, es aconsejable que vea sus archivos de definiciones. Las definiciones de las plantillas que vienen con RAM Advanse las encontrará en el directorio RAM Advanse\Templates.

La mejor forma de crear una plantilla nueva es tomar una ya existente, salvarla con otro nombre y modificarla para adecuarla a sus necesidades.

Vamos a suponer que desea crear una nueva plantilla llamada TEST. En el ejemplo siguiente, reemplace la palabra TEST con el nombre de la plantilla que desea crear.

Siga los siguientes pasos:

• Cree un dibujo de 20x20 pixeles (tamaño recomendado). Para esto use cualquier graficador que maneje este tipo de archivos (jpg).

• Guarde el dibujo 20x20 con el nombre TEST_20x20.jpg en el directorio RAM Advanse\Templates. (Reemplace la palabra TEST por la del nombre de la plantilla a crear).

• Cree un dibujo bmp de 150x150 y guárdelo con el nombre TEST_150x150.jpg en el directorio RAM Advanse\Templates

• Cree un archivo texto con el formato indicado mas adelante y guárdelo como TEST.tpl en el mismo directorio RAM Advanse\Templates

Cree un dibujo de 20x20 pixeles y guárdelo como TEST_20x20.jpg en el directorio RAM Advanse\Templates

229

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Cree un dibujo de 150x150 pixeles y guárdelo como TEST_150x150.jpg en el directorio RAM Advanse\Templates.

Cree un archivo texto con el formato indicado mas adelante y guárdelo como TEST.tpl en el mismo directorio RAM Advanse\Templates

Nota.- Para crear los iconos use un programa de dibujo como el MSPaint de Windows o cualquier otro que soporte el formato JPG.

Creando el archivo TPL Este archivo *.TPL define la forma de la plantilla y tiene un formato determinado, el cual permite al RAM Advanse reconocerlo. En caso de no respetar este formato el programa no podrá interpretar la plantilla y por lo tanto será imposible usarla.

¡Advertencia! Cuando existen errores en la definición de la plantilla, RAM Advanse no da mensajes de error pero la generación de la estructura puede contener errores.

Conceptos generales sobre el archivo TPL El archivo TPL es un archivo texto, donde usted va escribiendo comandos para ir definiendo la estructura que debe ser creada por la plantilla. Cada comando puede ocupar una o más líneas. De hecho, la mayoría de los comandos están formados por más de una línea.

Por ejemplo, para empezar una plantilla incluya la siguiente línea:

TITLE

Como ve, este comando esta compuesto en este caso por una línea.

A continuación se explican los comandos más comunes:

TITLE Acción del comando:

Empieza una plantilla.

Sintaxis:

TITLE

GROUP

Acción del comando:

Este comando especifica el grupo en el que se ubicará la plantilla.

Sintaxis:

Group= <nombre del grupo>

Valores válidos de <nombre de grupo>:

En lo posible utilizar una sola palabra con el primer carácter que sea una letra. Ejemplos:

“Triángulo”

“Cercha curva”

230

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

DIMENSION Acción del comando:

Este comando especifica el tipo de plantilla.

Sintaxis

DIMENSION

Type= <tipo de dimensión>

Valores válidos de <tipo de dimensión>:

BASE (para plantillas que van a ser llamadas por otras)

TRUSS (para plantillas de cerchas solamente)

2D (para plantillas en 2D)

2D-3D (para plantillas en 2D ó 3D, de propósito general)

VARIABLES Acción del comando:

Este comando especifica el nombre y comentario de las variables que la plantilla requiere para generar la estructura. Advierta que este comando requiere de varias líneas.

Sintaxis:

VAR

Name= <nombre>

Type= <tipo de variable>

Default= <valor por defecto>

Refvar= <variable de referencia>

Html= <archivo html>

AlwaysVisible= <bandera booleana>

Valores válidos de <nombre>:

Nombre de la variable. En lo posible no use mas de dos caracteres y el primero debe ser una letra (no un número), normalmente en mayúsculas. Ejemplo: de nombres de variables:

“A”

“L”

“NS”

Valores válidos de <tipo de variable>:

INT(entero), DBL (doble), STR (cadena), BOOL (Booleano), DBLU (double precisión)

Es una descripción de la variable. Debe tener menos de 20 caracteres y debe dar una pauta del significado de la variable. Por ejemplo: “Nro de segmentos”, “Altura”, etc.

Valores de <valor por omisión>:

231

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Es el valor por omisión que adoptará la variable en caso que el usuario no lo introduzca. Ejemplo de valores por defecto:

2

0

desc1

Nota.- Las variables definidas en la plantilla aparecen en el cuadro de diálogo que se despliega al ejecutarla, para que el usuario pueda introducir sus valores.

Refvar

Nombre de la variable que está relacionada para propósitos de escala. Por ejemplo, si “H0” se referencia a “H”, entonces si “H” es reducida en 50%, entonces “H0” será reducida en la misma proporción.

Html file

Es el nombre del archivo html (ubicado en el fólder html) que va a ser llamado cuando se esté introduciendo la variable.

AlwaysVisible

Bandera para definir si la variable va a ser visible. Si es verdadera (TRUE), en este caso la variable tiene que ser definida incluso si es llamada dentro de RAM Advanse.

SELECT Acción del comando:

Este comando indica cuántos nudos debe seleccionar el usuario para usar la plantilla. Es muy importante este comando para validar el número de nudos que debe seleccionar el usuario. Si este comando no es especificado, el programa puede generar la estructura con errores.

Sintaxis:

SELECT

Nodes= <nro de nudos>

Valores de <nro de nudos>:

Número de nudos que debe seleccionar el usuario antes de usar la plantilla. Los valores posibles son:

1

2

3

4

5

LINE Acción del comando:

232

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Este comando crea una línea de miembros entre dos nudos seleccionados por el usuario. La línea creada puede ser segmentada en un número de segmentos especificado y a cada segmento se le asigna una descripción por omisión. Si ya existe una línea de miembros entre los dos nudos, esta será respetada. Observe que Ud. puede definir también miembros físicos considerando sólo los nudos extremos del miembro. (vea la plantilla Joist.tpl como ejemplo).

Sintaxis:

LINEA

Group= <descripción del miembro>

NS= <nro de segmentos>

N1= <n1>

N2= <n2>

Valores de <descripción del miembro>:

Descripción de la línea de miembros creada. Después de generar la estructura, el usuario podrá modificar las descripciones de los miembros creados. Ejemplo de descripciones:

“Col1”

"Viga1"

"g1

"H1"

desc1

Valores de <nro de segmentos>:

El número de segmentos (o miembros) que debe contener la línea que se está creando.

Ejemplo: cualquier valor entero, alguna variable o fórmula.

3

ns

(ns-2)/2

Valores de <n1>:

El nudo inicial de la línea de miembros a ser creada. Note que el orden de nudos seleccionados es independiente de su numeración. Ejemplo:

1 (primer nudo seleccionado)

2 (segundo nudo seleccionado)

3 (tercer nudo seleccionado)

Hasta la cantidad de nudos seleccionados.

Valores de <n2>

El nudo final de la línea de miembros a ser creado.

233

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Ud. debe notar que estos números (n1 y n2) se refieren al orden de selección de los nudos. Así tenemos, por ejemplo, 5 nudos seleccionados y si Ud. desea crear una línea entre los nudos 4to y 2do, los valores serán:

4 n1=nudo inicial de la línea y cuarto en ser seleccionado

2 n2=nudo final de la línea y segundo en ser seleccionado

Por ejemplo, para crear una línea entre el primer y 2do nudos seleccionados, tal cual se ilustra en la plantilla de una cercha triangular, escriba el siguiente comando.

LINE

Group=G1 //la descripción de la línea

NS=Ns //la variable para el número de segmentos

N1=1 //la línea parte del primer nudo seleccionado

N2=2 //la línea llega al segundo nudo seleccionado

234

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

WEB Acción del comando:

Este comando crea una o varios elementos diagonales entre dos líneas de miembros. Los elementos diagonales pueden ser divididos en varios segmentos a su vez. Si ya existe algún miembro entre los nudos que se van a generar, éste es respetado.

Sintaxis:

WEB

Group= <descripción>

N1=<n1>

N2= <n2>

N3= <n3>

N4= <n4>

NS= <nro de segmentos>

OffsetINI1=<offset inicial 1-2>

OffsetINI2<offset inicial 3-4>

OffsetEND1<offset final 1-2>

OffsetEND2<offset final 3-4>

Step=<paso>

WebSegNo <nro de segmentos en cada diagonal>

Descripción por omisión de los elementos diagonales creados.

Advierta usted que la descripción por omisión puede ser una variable definida previamente, en vez de un valor constante.

Valores de <n1>, <n2>, <n3>, y <n4>

Normalmente los elementos diagonales están limitados por dos líneas de elementos, como se ilustra en la siguiente figura.

235

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Los elementos diagonales están en medio de dos líneas definidas por n1-n2 y n3-n4.

La línea n1-n2 es la línea 1, y la línea n3-n4 es la línea 2.

Offset inicial 1-2, es el inicio del elemento diagonal relacionado al nudo n1.

Offset inicial3- 4, es el inicio del elemento diagonal relacionado al nudo n3.

236

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Offset final 1-2 es la distancia relacionada con el nudo n2, donde las barras diagonales deben terminar. Advierta que este valor debe ser cero o negativo.

237

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Offset final 3-4 es la distancia relacionada al nudo n4 donde debe terminar la diagonal. Advierta que este valor debe ser cero o negativo.

Este es el paso entre un elemento diagonal y otro. Advierta que debe ser 1 o más.

Cada diagonal puede estar segmentada en varios pedazos. Introduzca 0 o 1 si no desea segmentar la diagonal, y el número de segmentos si desea hacerlo.

TEMPLATE Acción del comando:

Ejecuta otra plantilla (Template), tal como si fuera una subrutina de la presente plantilla. Puede ver un ejemplo de este comando en el Template RoofTruss1.tpl que se encuentra en el directorio RAM Advanse\Templates.

Sintaxis

TEMPLATE

Name=<template>

Nodes= <n1>; <n2>; ...<nn>

Vars=<parámetros>

Valores de <template>

Es el nombre de la plantilla o planilla que se desea ejecutar. L plantilla a ser ejecutada debe estar en el directorio Templates dentro de RAM Advanse. Ejemplo:

TITLE

Group= Pitched

238

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

DIMENSION

Type= 2D-3D

VAR

Name= NS

Default= 2

AlwaysVisible = True

# NS es el número de nudos que deben ser seleccionados para llamar a la plantilla que se desea ejecutar.

SELECT

Nodes= 6

# Son los nudos que se desea seleccionar para llamar a la plantilla que se desea ejecutar. Advierta que el número se refiere al orden en que actualmente están seleccionados.

Así, por ejemplo, si desea llamar a la plantilla Trian1, que requiere 3 nudos seleccionados, y un número de segmentos, la llamada sería como sigue:

TEMPLATE

Name= TRUSS1.TPL

Nodes= 2; 1; 5; 4

Vars= NS

Estas son las variables requeridas por la plantilla para ser llamada. Así si por ejemplo desea llamar a la plantilla Trian1, la debe llamar como se describe en el párrafo anterior.

CURVE

Define una curva en vez de una línea ( vea el BaseBowstring.tpl)

Comentarios

Use los siguientes caracteres para insertar una línea de comentario: ‘#’, ‘/’

Ejemplo 1: creación de una plantilla -(Template) En este ejemplo se creará la plantilla que se ilustra a continuación:

239

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

En la plantilla nosotros definimos el orden en que el usuario deberá seleccionar los nudos. Note que son 4 nudos.

Le permitiremos introducir el número de segmentos que será guardado en la variable NS.

Por omisión, usaremos las descripciones ilustradas en el gráfico.

Nota.- El nombre de esta plantilla es example1.

A continuación se ilustran los pasos que deben ser seguidos para crearla:

1) Creando el bitmap de 20x20 pixels El primer paso es crear un dibujo ilustrativo de la plantilla en formato Bitmap (jpg) de tamaño 20x20. Para esto use, por ejemplo, el programa Paint de Windows.

Dibujo ilustrativo de 20x20 pixels, en formato jpg.

Luego guarde el dibujo con el nombre example1_20x20.jpg en el directorio RAM Advanse\Templates.

2) Crear dibujo ilustrativo de 150x150 pixels El segundo paso es crear un dibujo ilustrativo de la plantilla en formato Bitmap (bmp) de tamaño 150x150. Para esto use, por ejemplo, el programa Paint de Windows.

Dibujo ilustrativo de 150x150 pixels, en formato jpg.

240

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Luego guarde el dibujo con el nombre example1_150x150.jpg en el directorio RAM Advanse\Templates.

Nota.- Advierta que en este dibujo usted debe ilustrar claramente el orden de selección de los nudos y todas las variables que serán requeridas por la plantilla.

3) Crear el archivo TPL Ahora vamos a crear el archivo example1.tpl que define la creación de la plantilla.

El archivo será el siguiente:

#Iniciando la plantilla

TITLE

Group= Staggered

DIMENSION

2D-3D

#variable para el número de segmentos

VAR

Name= NS

Default= 2

AlwaysVisible = True

#se deben seleccionar 4 nudos antes de usar la plantilla

SELECT

Nodes= 4

#Generación del primer y último miembros verticales respectivamente

LINE

Group= G3

NS= 2

N1= 1

N2= 3

LINE

Group= G3

NS= 2

N1= 2

N2= 4

#Generación de los miembros horizontales

LINE

Group= G1

241

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

NS= NS

N1= 1

N2= 2

LINE

Group= G2

NS= NS

N1= 3

N2= 4

#Generación de todos los miembros verticales del medio

WEB

Group= G3

Type= 3

N1= 1

N2= 2

N3= 3

N4= 4

NS= NS

OffsetINI1= 1

OffsetINI2= 1

OffsetEND1= -1

OffsetEND2= -1

Step= 1

WebSegNo= 2

#Generación de las diagonales

WEB

Group= G4

Type= 3

N1= 1

N2= 2

N3= 5

N4= 6

NS= NS

OffsetINI1= 0

OffsetINI2= 1 242

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

OffsetEND1= -1

OffsetEND2= 0

Step= 1

WebSegNo= 0

WEB

Group= G4

Type= 3

N1= 5

N2= 6

N3= 3

N4= 4

NS= NS

OffsetINI1= 1

OffsetINI2= 0

OffsetEND1= 0

OffsetEND2= -1

Step= 1

WebSegNo= 0

Ejemplo 2: creación de una plantilla (Template) En el siguiente ejemplo se creará la plantilla que se ilustra a continuación:

En esta plantilla, nosotros definimos que el usuario deberá seleccionar los nudos en el orden ilustrado. Note que son 8 nudos.

243

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Le permitiremos introducir dos números de segmentos que serán guardados en las variables NS1 y NS2.

Por omisión usaremos las descripciones ilustradas.

Pero la descripción de los miembros de techo será introducida por el usuario en la variable descRoof.

Nota.- El nombre de la plantilla es example2.

A continuación se ilustran los pasos que deben ser seguidos para crear esta plantilla:

1) Crear el jpg de 20x20 pixels El primer paso es crear un dibujo ilustrativo de la plantilla en formato Bitmap (jpg) de tamaño 20x20.

Dibujo ilustrativo de 20x20 pixels, en formato jpg.

Luego guarde el dibujo con el nombre example2_20x20.jpg en el directorio RAM Advanse\Templates.

2) Crear dibujo ilustrativo de 150x150 pixels El segundo paso es crear un dibujo ilustrativo de la plantilla en formato Bitmap (jpg) de tamaño 150x150.

244

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Dibujo ilustrativo de 150x150 pixels, en formato jpg.

Luego salve el dibujo con el nombre example2_150x150.jpg en el directorio RAM Advanse\Templates.

Nota.- Advierta que en este dibujo usted debe ilustrar claramente el orden de selección de los nudos y todas las variables que serán requeridas.

3) Crear el archivo TPL Ahora vamos a crear el archivo example2.tpl que define la creación de la plantilla.

El archivo será el siguiente:

#descripción o comentario de la plantilla

TITLE

Group= Other

DIMENSION

Type= 2D-3D

#variable para el número de segmentos 1

VAR

Name= NS1

Default= 2

AlwaysVisible = True

#variable para el número de segmentos 2

VAR

Name= NS2

Default= 2

AlwaysVisible = True

#nro de nudos que deben ser seleccionados por el usuario para usar esta plantilla

SELECT

Nodes= 8

#llamar a la plantilla que genera la cercha de adelante

TEMPLATE

245

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Name= TRUSS2.TPL

Nodes= 1; 2; 3; 4

Vars= NS1

#llamar a la plantilla Truss2 que genera la cercha de atrás

TEMPLATE

Name= TRUSS2.TPL

Nodes= 5; 6; 7; 8

Vars= NS1

#llamar a la plantilla Truss2 que genera la cercha de la derecha

TEMPLATE

Name= TRUSS2.TPL

Nodes= 2; 6; 4; 8

Vars= NS2

#llamar a la plantilla Truss2 que genera la cercha de la izquierda

TEMPLATE

Name= TRUSS2.TPL

Nodes= 1; 5; 3; 7

Vars= NS2

#generar los miembros de techo. Advierta que la descripción será introducida por el usuario

WEB

Group= DESC1

Type= 3

N1= 3

N2= 4

N3= 7

N4= 8

NS= NS1

OffsetINI1= 1

OffsetINI2= 1

OffsetEND1= -1

OffsetEND2= -1

Step= 1

WebSegNo= 0

246

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Ahora guarde este archivo en formato texto bajo el nombre de RAM Advanse\Templates\example2.tpl y luego corra RAM Advanse para ejecutar la plantilla.

247

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Ejecutando la plantilla Ejemplo2 Para ejecutar en el programa la plantilla (Template) creado en el ejemplo anterior, simplemente ejecute el cuadro de diálogo de Templates.

Vaya a Herramientas/Generación de datos y ejecute Plantillas

O también Vaya a Miembros/Nudos y Descripción, y presione el botón

248

Capítulo 16: Creando plantillas de estructuras

Al llamar a las plantillas, aparece automáticamente cualquier plantilla creada últimamente.

Al ejecutar la plantilla, RAM Advanse preguntará automáticamente las variables.

249

Capítulo 17: Introduciendo edificios

Capítulo 17: Introduciendo edificios

RAM Advanse cuenta con algunos comandos especiales para facilitar la introducción de edificios. Estos comandos son los siguientes:

• Generación de áreas de carga.

• Generación de cargas de viento para cada planta (diafragma rígido).

• Generación de centro de masas y cálculo de masas para cada planta (diafragma rígido).

Estas opciones se describen en detalle a continuación.

Generación de áreas de carga Las áreas de carga se usan para definir las áreas en las que actúan cargas uniformes que son transmitidas a las vigas de en una determinada dirección.

Se tienen dos opciones para generar las áreas de carga. La primera opción requiere que se seleccionen las vigas que encierran un área de carga. La segunda opción consiste en seleccionar los nudos que forman un área de carga, teniendo el cuidado de que la selección de estos nudos se la debe hacer en secuencia en el sentido de las manecillas del reloj o en sentido contrario.

En todos los casos se requiere que los nudos de los miembros se encuentren en un mismo plano. El área debe estar completamente encerrada por miembros (vigas). En caso de que exista un borde libre, el usuario puede incorporar una viga de borde con el objeto de cumplir con el requisito mencionado anteriormente:

Cuando miembros físicos encierran el área, todas las áreas encerradas se tomarán en cuenta.:

Las herramientas para la generación de áreas de carga se encuentran en la Planilla Areas/Nudos del área y son las siguientes:

251

Capítulo 17: Introduciendo edificios

Crear áreas con dirección de apoyos en X/Plano Horizontal La función de esta herramienta es la de generar áreas que cubran todos los miembros circundantes seleccionados o miembros físicos, adoptando la dirección de transmisión paralela al eje global X o al plano horizontal para áreas inclinadas.

Crear áreas con dirección de apoyos en Z/Plano Vertical La función de esta herramienta es la de generar áreas que cubra todos los miembros circundantes seleccionados o miembros físicos, adoptando la dirección de transmisión paralela al eje global Z o al plano vertical para áreas inclinadas.

Crear áreas con dirección de apoyos a un ángulo respecto del eje X/Plano Horizontal. La función de esta herramienta es la de generar áreas que cubra todos los miembros circundantes seleccionados o miembros físicos, adoptando la dirección de las viguetas con un ángulo específico respecto al eje X o al plano horizontal.

Crear área con nudos seleccionados. La función de esta herramienta es la de generar un elemento de área que cubra los nudos seleccionados ya sea en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario. Esta herramienta no define la dirección de transmisión de las cargas. Observe que el orden de los nudos no determina la orientración de las cargas.

Para generar áreas de carga siga los siguientes pasos:

Genere las condiciones de carga requeridas.

Seleccione las vigas(miembros o miembros físicos) que forman o rodean el área.

Presione cualquiera de los siguientes botones:

Para crear áreas de carga con transmisión de carga en la dirección del eje X

Para crear áreas de carga con transmisión de carga en la dirección del eje Z

Para crear áreas de carga con transmisión de carga en la dirección de un ángulo respecto al eje X.

252

Capítulo 17: Introduciendo edificios

El área de carga generada se muestra con la dirección escogida de las viguetas. Notas:

(a) Si existen miembros en medio de un área de carga (marcada con azul), serán considerados en la distribución de cargas.

(b) No es necesario generar un área de carga a la vez. En el ejemplo anterior se pueden seleccionar simultáneamente los miembros de las cuatro áreas.

Luego asigne una descripción al área de carga. Para ello vaya a la Planilla Areas/Descripción y

dirección de viguetas. Presione el botón . El programa le asignará una descripción automáticamente pero si el usuario lo desea, puede introducir manualmente el nombre con la descripción que desee.

Ud. puede utilizar la opción Herramientas/Selección de áreas de carga del menú principal para seleccionar fácilmente todas o cualquier grupo de áreas de carga en los nudos seleccionados.

En caso de que haya utilizado el botón para generar el área de carga, deberá definir la dirección de transmisión de la carga. También puede modificar la dirección asignada a las áreas de carga. Para ello seleccione las superficies de carga cuyas direcciones de viguetas se quieren definir o cambiar y vaya a la Planilla Area/Descripción y dirección de viguetas. Presione cualquiera de los siguientes botones para definir las siguientes direcciones:

Asignar dirección de transmisión en X/Plano Horizontal.

Asignar dirección de transmisión en Z/Plano vertical.

Asignar dirección de transmisión de cargas a un ángulo respecto a X/Plano Horizontal.

253

Capítulo 17: Introduciendo edificios

El paso final es asignar la magnitud y dirección de las cargas que actúan sobre las áreas de carga. Para ello, seleccione todas las áreas que tengan la misma carga y vaya a la Planilla Areas/Cargas sobre el área. Ingrese los datos de las cargas en la columna Presión de la planilla. Se puede escoger

una dirección de la presión vertical (hacia abajo, ) o perpendicular al área ( ).

Para ver en el gráfico las cargas generadas sobre las vigas, selecciónelas y presione el botón . Estas se muestran en verde. Las cargas lineales introducidas directamente por el usuario se muestran en rojo.

Áreas de carga generadas, mostradas en verde.

Notas:

• Este comando es aplicado sobre todas las áreas de carga, inclusive si no todas las áreas de carga han sido seleccionadas. Si un área de carga es borrada, las cargas generadas (mostradas en verde), continuarán desplegándose gráficamente hasta que el usuario aplique nuevamente la herramienta, o hasta que el usuario analice la estructura porque el programa ejecuta

automáticamente la herramienta antes del análisis, independientemente de si ha sido o no ejecutado previamente.

• Este comando se aplica a todas las áreas de carga independientemente de sí están o no seleccionadas.

Generación de cargas de viento Las cargas de viento pueden ser calculadas aplicando una presión a un lado del edificio. Este comando sólo se aplica a edificios con diafragma rígido.

Diafragma rígido Antes de generar las cargas de viento, deberá crear un diafragma rígido. Si no lo ha hecho previamente, siga los siguientes pasos:

Para esto, seleccione los nudos de una planta que serán restringidos por el diafragma.

254

Capítulo 17: Introduciendo edificios

Luego presione el botón indicado

O introduzca el número de piso y presione .

Todos los nudos seleccionados (nudos con el mismo número de piso) serán forzados a moverse de manera conjunta.

Generando las cargas de viento Para modelos que contienen diafragmas rígidos, las cargas de viento lateral pueden ser calculadas automáticamente a partir de una presión lateral aplicada.

Cree las condiciones de carga vx=Viento en X y vz=Viento en Z.

255

Capítulo 17: Introduciendo edificios

Seleccione todas las vigas y columnas de una o más plantas en las que aplicará el viento.

Presione el botón La siguiente ventana de diálogo que aparece requiere de varios datos, que incluyen: la Presión de viento en X/Z: el programa puede calcular la superficie vertical expuesta al viento sobre la base de los pisos y columnas seleccionadas. La presión de viento aplicada es multiplicada por el área expuesta para generar la carga de viento lateral para cada piso. Observe que la carga aplicada a cada piso se calcula como la presión multiplicada por la altura del piso (altura del soporte más largo bajo el piso) y multiplicada por el ancho proyectado de la estructura en la dirección escogida (sobre la base de los nudos seleccionados en cada piso).

Condición de carga para viento: Es la carga lateral calculada que es asociada a un estado de carga que debe haber sido creado en forma previa. Seleccione la condición de carga de la lista que se despliega con la flecha.

Cálculo de presiones: Si Ud. desea, el programa puede calcular la presión del viento sobre la base de la velocidad del mismo y un coeficiente que depende de la forma de la estructura. Para utilizar esta opción, introduzca los valores apropiados y presione el botón de Calcular presiones para que se calculen las presiones en las direcciones X y Z. Estas serán calculadas usando las siguientes fórmulas:

Presión = Cd*1/2*d*v2 (Ref. Engineering Fluid Mechanics, Roberson Crowe, Houghton Mifflin Co, 1975)

Donde:

Cd = es el coeficiente de empuje (aproximadamente 2.0 para superficies planas).

d = Densidad de la atmósfera (aproximadamente 1.21 kg/m3).

v = velocidad del viento.

256

Capítulo 17: Introduciendo edificios

Introduzca los datos y luego presione Ok. Observe que en este ejemplo la fuerza de viento paralela al eje X se asigna a la condición vx=Viento en X y para el viento paralelo a Z a la condición wz=Viento en Z.

El programa genera un nudo en el centro de presión de cada planta. Las cargas de viento se aplican sobre este nudo.

Generando las masas para cada planta Para ejecutar el análisis dinámico de una estructura con diafragmas rígidos, es necesario asociar los valores de las masas traslacionales y rotacionales con el piso. Estos valores de las masas están localizados típicamente en el centro de masa del piso. Si han sido aplicadas cargas a nudos individuales de un piso, RAM Advanse puede calcular automáticamente el centro de masa y las propiedades traslacionales /rotacionales de la masa del piso.

El centro de masa es el punto singular del piso donde la masa de todos los elementos y placas de un piso rígido pueden actuar sin modificar los resultados. El programa le permite al ingeniero crear este nudo para cada piso, con las masas calculadas de la siguiente manera:

Masas traslacionales Tx = Tz = condición de carga muerta * factor de carga muerta + condición de carga viva * factor de carga viva considerando todas las cargas vivas y muertas sobre miembros y nudos de piso.

La masa rotacional es calculada con la siguiente expresión:

Ry = integral (r²*dm)

Donde:

r: distancia desde el centro de masa al punto donde dm está actuando.

257

Capítulo 17: Introduciendo edificios

dm: es la masa que es equivalente a la distribución de cargas lineales o de superficie de los elementos del piso.

Vea los pasos requeridos para la generación de masas para cada piso en los siguientes párrafos para saber como se introducen los datos.

Antes de usar el comando, se deberán haber definido los diafragmas rígidos para cada piso. Si no lo ha hecho todavía, hágalo como se indica en el título anterior.

Para generar las masas, siga los siguientes pasos:

Seleccione todos los pisos, incluyendo vigas y columnas.

Presione el botón

Luego introduzca los datos necesarios. Entonces, presione Ok. En este caso la figura indica a RAM Advanse que considere toda la carga muerta y la mitad de la carga viva en nudos para calcular las propiedades de masa de los pisos. 258

Capítulo 17: Introduciendo edificios

Los centros de masas han sido generados.

Para ver las masas traslacionales y rotacionales, presione el botón y uno de los tres números , , .

259

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Diseñar modelo Luego del análisis, el usuario puede diseñar el modelo para verificar las condiciones de diseño de cada miembro de su estructura. Esto se logra a través de la relación de resistencia y del estatus de diseño. La relación de resistencia permite determinar cuán solicitado está cada miembro (si está sub o sobre dimensionado) y el estatus muestra la condición de diseño (Bien o No cumple). Con esta información el usuario podrá juzgar si es necesario proceder con una optimización. Este procedimiento se realiza para miembros de madera o acero, mientras que para concreto se procede directamente con su diseño en los módulos de detallamiento.

Una nueva característica en RAM Advanse es que si Ud. Modifica cualquier parámetro de diseño, ya no se requiere realizar el análisis de nuevo. Esto permite ahorrar mucho tiempo en modelos grandes.

En cada capítulo de diseño específico de cada material se puede encontrar más detalles al respecto.

Para proceder con el diseño del modelo ejecute el comando Procesar/Diseñar modelo del menú principal o pulse la tecla F10.

Es importante definir algunas directivas para el diseño antes de proceder con el mismo. Usted encontrará opciones especiales para cada tipo de material.

Para miembros de concreto y acero, se requiere la definición de la norma a utilizarse. El programa ofrece las siguientes posibilidades:

Concreto:

• Estados Unidos de Norteamérica: ACI 318-05.

• Reino Unido: BS 8110.

Acero:

• Estados Unidos de Norteamérica: ASD (AISI_AISC) ó LRFD (AISI_AISC).

• Reino Unido: BS 5950.

Para diseñar miembros con el código inglés (BS), Ud. puede adoptar la nomenclatura para el Reino Unido con la opción Configuración/General/Nomenclatura.

Para miembros de madera, el programa adopta la norma NDS (ASD o LRFD). En este caso, la duración de cada estado de carga debe ser especificada para ambos métodos (El factor de efecto de tiempo en LRFD se define también de acuerdo a la duración. Vea el capítulo de Diseño de Maderas para más detalles). Esta información será utilizada sólo en los procedimientos de diseño.

261

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Diseño y Detallamiento RAM Advanse cuenta con módulos de diseño y detallamiento, de miembros de hormigón armado, madera, conexiones, cerchas, muros de contención, de concreto, basculantes, de mampostería y vigas continuas, que le permitirán reducir su tiempo de trabajo considerablemente. Estos módulos pueden funcionar independientemente o con datos importados del programa principal luego del análisis.

La mayoría de los módulos trabajan generando internamente un modelo RAM Advanse desde la aplicación, que luego puede ser salvado con extensión “ADV” y ser utilizado por RAM Advanse, o con su propia extensión (como por ejemplo “RTW” para muros de contención o “RCB” para vigas continuas) para ser utilizado directamente por el respectivo módulo. Para su utilización el usuario debe introducir todos los datos necesarios para la obtención del nuevo modelo antes de realizar el análisis y dirigirse a la pantalla de diseño. El diseño se realiza automáticamente, obteniendo los resultados en forma gráfica o a través de un reporte.

En todos los módulos, el usuario puede utilizar las herramientas disponibles para un diseño y detallamiento más avanzado y de esta forma, poder manipular su diseño y posteriormente obtener dibujos de detallamiento listos para ser exportados a cualquier programa de dibujo y ser insertados en sus planos finales estructurales a través de archivos DXF.

Introducción El diseño de cualquier estructura ya sea de hormigón armado, madera o acero, requiere que el usuario diseñe y detalle todos los miembros de la estructura. Actualmente RAM Advanse cuenta con varios módulos de detallamiento para asistir al usuario en el diseño de: vigas de hormigón armado, columnas o soportes de hormigón armado, zapatas aisladas o combinadas, miembros de madera, conexiones, cerchas, muros de contención, basculantes, muros de concreto, de mampostería y vigas continuas.

Estos módulos permiten al usuario: tomar los resultados del análisis realizado en la aplicación principal o realizar un análisis aislado, y de esta manera utilizar estos resultados para completar su diseño y detallamiento en cualquiera de los miembros citados anteriormente.

Esta sección describe como invocar estos módulos, su organización y la navegación dentro de éstos. Para mayor información sobre el contenido y despliegue de cada módulo individual de diseño/detallamiento, refiérase a la sección específica del manual.

Invocando los módulos

Módulos de detallamiento usando información del programa principal Para entrar a un módulo de detallamiento, usted antes tendrá que seleccionar los elementos en RAM Advanse que forman un componente. Dependiendo del módulo de diseño, el usuario debe seguir las siguientes recomendaciones en la selección para el paso de datos desde el programa principal al módulo.

Paso de datos del programa principal a los módulos de Vigas, Columnas y Zapatas. Para el detallamiento de una viga de hormigón armado, deberá seleccionar en RAM Advanse todas las barras que forman esa viga como se detalla a continuación:

262

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Analice la estructura y seleccione todos los miembros en RAM Advanse que componen la viga o miembro a ser detallado. Observe que tanto vigas o soportes deben estar en una línea continua. Es aconsejable considerar cada tramo como un miembro físico, ya que todas las herramientas de detallamiento han sido diseñadas con esta consideración.

Antes de entrar a un módulo de detallamiento, analice la estructura y seleccione los miembros en RAM Advanse que forman una viga por ejemplo.

Para seleccionar toda una viga, primero seleccione el primer miembro y luego presione el botón en la barra de Selección.

Luego, llame al módulo de vigas.

Note que Ud. Puede seleccionar la opción de concreto para conservar los resultados del análisis y diseñar la viga de hormigón armado. La opción de viga continua va a exportar cargas y propiedades de miembro como viga continua, la cual va a ser analizada de nuevo sin considerar la influencia del resto de la estructura.

263

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Para pasar datos del programa principal, el usuario deberá seleccionar los miembros que desea analizar, teniendo en cuenta que el orden de selección de los elementos que componen su viga, luego de seleccionar la primera, no es relevante para la obtención de resultados, mientras siga una misma dirección. Además, debe considerar que esta primera viga seleccionada será la referencia para la ubicación de resultados en una u otra dirección.

Nota.- El programa mostrará un mensaje de error cuando el usuario seleccione miembros que no componen una viga continua, como por ejemplo cuando selecciona miembros saltados o que incluyan otros elementos; o cuando haya seleccionado como primera viga un miembro que se encuentra, al finalizar la selección, en medio de otros miembros seleccionados, como se muestra a continuación:

Lo que el usuario no debe realizar

Una vez seleccionados correctamente los elementos, está listo para ingresar al módulo, que rescatará datos de origen como geometría, sección, material, cargas en el plano de análisis y restricciones de los extremos de los miembros, siguiendo el siguiente orden de prioridad excluyente para el paso de datos en el caso de existir más de una restricción por extremo: empotramiento, apoyo articulado, rótula y resorte.

Las columnas o soportes se seleccionan de manera similar. Cuando se seleccione una hilera de soportes, el usuario deberá empezar del miembro inferior y seleccionar las columnas hacia arriba.

Para seleccionar todos los soportes en la hilera, seleccione la columna inferior y presione de la barra de Selección.

Seleccione todos los miembros que componen una columna. Para esto, seleccione primero la

columna de abajo y luego presione el botón . El módulo de columnas se invoca seleccionando Módulos - Columnas de hormigón... del menú

264

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Luego vaya al módulo de columnas Para fundaciones, el usuario puede seleccionar uno o más nudos de fundación. Si más de un nudo es seleccionado entonces las cargas para cada nudo serán transmitidas al módulo. Sólo una zapata se puede diseñar por cada llamada al módulo, pero todas las solicitaciones de los nudos considerados se toman en cuenta en el diseño de la misma.

Seleccione los nudos que tendrán una misma zapata.

El módulo de zapatas será invocado seleccionando:

Seleccione el comando ilustrado

265

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Note que para zapatas combinadas los ejes locales de las columnas deben estar alineados:

Paso de datos al los módulos de muros: Los módulos muro basculante, muro de concreto y muro de mampostería son módulos de diseño y detallamiento que pueden ser usados como programas independientes o de forma integrada junto con RAM Advanse. Las placas en RAM Advanse que trabajan como muros, con o sin claros, pueden ser transferidas a los módulos de muros para su diseño y detallamiento.

El módulo de muros de contención trabaja sólo independientemente y usa sólo elementos lineales en la modelación interna.

A fin de transferir un muro a algunos de los módulos de muros, el usuario debe seleccionar las placas y miembros que forman parte del muro, considerando los siguientes aspectos:

• Las placas deben ser pare de un muro vertical y rectangular. Se obtienen mejores resultados si se selecciona un muro completo en lugar de pequeños segmentos de muro.

• El orden de selección de las placas no es importante.

• Las placas y miembros deben ser del mismo material: concreto para Muro basculante y Muro de concreto y mampostería para Muro de mampostería. Si se selecciono una columna de distinto material esta no será transferida al módulo.

• Las placas deben tener el mismo espesor.

• La altura de las placas define la altura de los niveles en el módulo. Obsérvese que si la placa en el último nivel es menor o igual a 4 ft esta será considerada como parapeto.

• Solamente aquellos miembros verticales seleccionados serán transferidos como columnas. Obsérvese que solamente los módulos Muro de concreto y Muro de mampostería son capaces de recibir columnas.

• Las columnas deben tener la misma sección transversal y material desde la base del muro hasta la parte superior y solamente se permiten rotaciones de 90, 180 y 270 grados.

• Todas las restricciones o resortes en la base del muro deben ser iguales.

• El módulo Muro basculante solamente recibe hasta 4 niveles.

266

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

• El módulo Muro de mampostería solamente recibe hasta 10 niveles.

• El módulo Muro de concreto recibe cualquier cantidad de niveles. Sin embargo, hay que tener en mente que l módulo no realiza ninguna verificación especial para estructuras muy altas.

• Cuando el modelo en RAM Advanse está analizado, se transmiten las fuerzas resultantes que actúan externamente al muro, si no está analizado solamente se transmite la geometría. Si desea saber mas sobre la transferencia de cargas vea: “Notas técnicas - Transferencia de Cargas desde RAM Advanse hacia el módulo de muros” en el capitulo correspondiente a cada tipo de muro.

• Los módulos Muro de concreto y Muro de mampostería pueden recibir alas o muros perpendiculares pero solamente lo hacen cuando las cargas no son transferidas (cuando el modelo no esta analizado) debido a que las cargas transferidas consideran de manera implícita el efecto de muros perpendiculares.

• Obsérvese que es posible crear separaciones entre placas usando la herramienta “Crear

separación con placas y nudos seleccionados” en RAM Advanse;

• Obsérvese que cualquier cambio dentro del los módulos de muros no será transferida de regreso al modelo en RAM Advanse.

Para ingresar a los módulos Muros basculantes, Muro de Concreto y Muro de Mampostería, el usuario debe ir a Módulos/ y luego seleccionar el módulo apropiado. Información adicional sobre el módulo, opciones de diseño y herramientas es desarrollada en los capítulos Muros basculantes, Muro de Concreto y Muro de Mampostería.

Organización de los Módulos Todos los módulos de detallamiento funcionan de la misma manera Cada módulo presenta seis pantallas a las que se puede acceder presionando los siguientes botones:

Pantalla de introducción de datos. La primera pantalla después de ingresar al modulo es la pantalla de introducción de datos en la que se introducen o modifican los datos geométricos, materiales y/o cargas. Los datos de materiales de esta pantalla, se mantienen entre llamadas consecutivas al módulo, pero no necesariamente están asociados con alguna viga, columna o zapata particular. Los datos geométricos y de carga son normalmente tomados del programa principal cuando se llama a un módulo dependiente o la pantalla presenta valores por defecto cuando se trata de módulos independientes.

Sin embargo, en el caso de zapatas, los nudos seleccionados no contienen la información geométrica de las zapatas y por ello las dimensiones de la zapata no son leídas del modelo.

En la pantalla de datos se distinguen 3 diferentes ventanas como se muestra en la figura:

267

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Pantalla de datos con 3 ventanas diferentes

1) Propiedades (A)

2) Dibujo (B)

3) Ayuda (C)

La ventana de propiedades(A), se utiliza para introducir toda la información necesaria como geometría, materiales, elementos de rigidez, cargas asignadas y datos de diseño, esta ventana puede cambiar a medida que se ingresan los datos. Algunas opciones aparecerán solamente para ciertos datos o cargas; por lo tanto, las propiedades de la ventana de configuración dependen de los datos que el usuario ingresa.

La ventana de dibujo (B), representa toda la información ingresada en el área de propiedades, tanto de geometría, elementos de rigidez, como de cargas asignadas. El usuario puede modificar todas las propiedades que se encuentren en texto rojo a través de esta área.

La ventana de ayuda (C), muestra información acerca del ítem actualmente seleccionado en la ventana de propiedades (A).

Después de ingresados los datos, el usuario puede ver los diagramas o las pantallas de detallamiento, que toma en cuenta los cálculos automáticos del modulo en desarrollo.

Diagrama FEM, muestra el diagrama de la estructura con los esfuerzos interiores, fuerzas y desplazamientos en la estructura en análisis usando el método de los elementos finitos.

Pantalla de diagramas FEM

268

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Para cambiar de diagrama y ver todos los disponibles en la pantalla, el usuario debe desplegar la ventana y seleccionar el diagrama que desea se muestre en pantalla:

Despliegue la ventana y seleccione una opción

Esta pantalla posee varias opciones para brindar al usuario la posibilidad de un manejo fácil de valores, las cuales están explicadas en la ayuda contexto sensitiva. Todas estas opciones se encuentran en la esquina superior derecha en la barra de herramientas.

Pantalla de diagramas. Esta pantalla muestra resultados de análisis y diseño, como solicitaciones y/o resistencias. Estos resultados se presentan en forma tabulada o gráfica según el módulo de detallamiento. Tanto los valores como los gráficos o diagramas, son obtenidos para el estado de carga activo; dichos diagramas pueden ser simples cuando se grafica un solo esfuerzo como momentos o combinados cuando se grafican dos, por ejemplo momentos resitentes vs momentos requeridos, de acuerdo al módulo de detallamiento.

El usuario puede ubicar aquí información muy útil generada en el diseño, pudiendo realizar cambios en las propiedades del material, geometría, etc., que el usuario juzgue necesarios para un adecuado diseño. En este caso el usuario deberá regresar a la pantalla de introducción datos para realizar dichos cambios.

Pantalla de detallamiento. En esta pantalla se genera un dibujo listo para ser exportado a un programa CAD para su inserción en un plano estructural. En esta instancia pueden también editarse valores de diseño, dependiendo el módulo de detallamiento, a través de la planilla que se encuentra al lado izquierdo. El usuario debe definir la disposición de la armadura del elemento.

En la pantalla de detallamiento se distinguen 2 diferentes ventanas como se muestra en la figura:

269

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Pantalla de detallamiento con 2 ventanas diferentes

• Planilla de refuerzos (A)

• Detalles de refuerzo (B)

Mas detalles sobre esta pantalla, referirse al capitulo correspondiente de cada modulo, ya que tiene características muy particulares a cada uno.

Ventana de diagramas de interacción. En esta ventana se presenta el diagrama de interacción para los elementos sometidos a flexocompresión, con diferentes opciones de graficación.

Ventana de reporte. Este módulo de detallamiento permite generar un reporte donde se encuentran tanto los datos de entrada y resultados del análisis, así como los resultados de optimización/verificación.

En el reporte se encuentran:

• El resumen de datos generales (del muro, elementos de rigidez, geometría, materiales y fuerzas).

• El resumen de resultados de diseño, como estatus, área de acero requerido y provisto para los elementos del muro de mampostería.

Para una detallada explicación de los comandos usados en esta pantalla para los módulos dependientes, ver la sección de Reportes en el capitulo de impresión de gráficos y de Reportes, para los módulos no dependientes, referirse a los correspondientes capítulos.

Pantalla de configuración. En esta pantalla se introducen parámetros de configuración para el diseño y detallamiento. Esta información es guardada para futuras corridas del mismo y debe ser utilizada, normalmente, para establecer reglas y hábitos de diseño para los diferentes tipos de elementos. El usuario puede utilizar los valores asignados por defecto en el programa. Referirse a los capítulos correspondientes a cada modulo en particular.

Verificar diseño. Este botón es utilizado para comprobar el refuerzo que fue introducido por el usuario. Los resultados del diseño se muestran en el reporte y el estado del diseño por medio de un semáforo.

Optimizar diseño. Herramienta que permite obtener el refuerzo óptimo con los criterios y parámetros definidos por el usuario.

Para mas detalles característicos de cada modulo, se recomienda ir al correspondiente capitulo.

Navegación e introducción de datos Cada módulo presenta características similares en la navegación y movimiento dentro el mismo. A continuación se describirán todas las opciones de las diferentes pantallas, estas opciones pueden o no estar habilitadas según el módulo de detallamiento.

Zoom Para hacer zoom, presione uno de los siguientes botones, según lo que desea realizar:

Acercamiento.

270

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Alejamiento

Ventana Zoom. Presione este botón y encierre con el ratón la parte que desea ampliar.

Zoom inicial. Presione este botón para volver la imagen a su tamaño inicial, abarcando todo el espacio de dibujo.

Sugerencia: Si su ratón dispone de rueda , Ud. puede utilizarla para realizar acercamientos o alejamientos de la vista del modelo.

Tamaño de fuente

Aumenta el tamaño de la fuente del gráfico de la pantalla

Disminuye el tamaño de la fuente del gráfico de la pantalla

Archivos DXF Algunos módulos presentan la opción para exportar gráficos a DXF, ya sea en la pantalla de introducción de datos, diseño, detallamiento o configuración. Esta opción estará habilitada cuando pueda observarla en la pantalla, para lo cual:

Presione coloque un nombre al archivo y guárdelo. El gráfico estará disponible para abrirlo en formato DXF, desde cualquier programa CAD.

Activa y desactiva las capas del gráfico de la pantalla.

Activa y desactiva el movimiento de los vértices del gráfico que pueden ser modificados.

Impresión de gráficos

Imprimir gráfico actual. El presionar este botón le permitirá imprimir los gráficos que se muestran en la pantalla directamente.

Minimizar/ Restaurar

Esta opción es útil para minimizar o restaurar la ventana de ayuda que muestra información acerca del ítem actualmente seleccionado en la ventana de propiedades.

Paneo Para panear (mover el dibujo dentro de la pantalla), simplemente haga clic con el botón central del ratón y desplace.

271

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Haga clic con el botón central del ratón y mueva el punto.

Al hacer clic (con el botón central del ratón)y desplazando, la pantalla se con la nueva posición.

Ingreso de datos Se pueden ingresar los datos en la pantalla de ingreso de datos, por las ventanas de propiedades(A) y dibujo (B)

El usuario puede modificar los datos que se encuentren en texto rojo en cualquiera de las pantallas Para introducir el nuevo dato simplemente haga clic en el valor que desea modificar. Esto activará una ventana en la que puede editar la información y cambiarla al nuevo valor como se ilustra a continuación:

Sugerencia: Si Ud. tiene problemas para seleccionar o editar una variable, realice un acercamiento de la vista del modelo.

272

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Haga clic con el botón izquierdo del ratón en el texto en rojo.

Advierta que existen textos en rojo que presentan selección de opciones mediante una pestaña desplegable, como se muestra en la siguiente figura:

Haga clic con el botón central del ratón en el texto en rojo y despliegue la pestaña.

Observación: Las unidades definidas para los grupos de variables del programa principal no son válidas en los módulos de detallamientos.

273

Capítulo 18: Diseño y detallamiento

Resultados y verificaciones Al dirigirse a las pantallas de diseño y detallamiento, el usuario podrá observar inmediatamente los resultados dirigirse a las pantallas de diseño y detallamiento, el usuario podrá observar inmediatamente los resultados de análisis y diseño del elemento. Por otro lado, todos los datos de entrada, parámetros de diseño y resultados podrán ser obtenidos en forma de Reporte. Vea el capítulo Impresión de Gráficos y Reportes para mayor información relacionada a reportes.

Todos los módulos además, presentan un indicador gráfico para la verificación de resistencia y deflexión llamado Semáforo. Este indicador evita al usuario ir repetidas veces al Reporte para ver si el miembro cumple con todas las verificaciones según norma.

Una vez terminada la introducción de datos, el Semáforo se activa automáticamente (al dirigirse a las pantallas de diseño, detallamiento o reporte indistintamente), indicando el estado de diseño del miembro según 3 colores:

• Rojo, cuando el miembro falla en la verificación de resistencias y la relación es >1

• Amarillo, cuando el miembro cumple con las verificaciones de resistencia pero no con algún otro parámetro según miembro, como deflexión o esbeltez.

• Verde, cuando el miembro cumple con todas las verificaciones según norma.

274

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

Esta sección describe las opciones generales disponibles en RAM Advanse para el diseño de miembros de acero. El programa permite el diseño de acuerdo a las normas norteamericanas AISC (American Institute of Steel Construction) para miembros laminados en caliente, la norma AISI (American Iron and Steel Institute) para miembros con secciones plegadas en frío o la norma británica BS5950.

El usuario debe proveer en forma previa al análisis un modelo y parámetros adecuados. Luego, el diseño se realiza automáticamente y los resultados se muestran en forma gráfica o en varias formas de salida de texto.

Se tiene dos métodos disponibles para realizar el diseño de miembros de acero (Estados Unidos): El método de tensiones admisibles denominado ASD (de los términos en inglés Allowable Stress Design) o de acuerdo al método del factor de carga y resistencia LRFD (de los términos en inglés Load and Resistance Factor Design). Dependiendo del método elegido se podrá trabajar con cargas de servicio (nominales) o con cargas límites o estados últimos respectivamente.

La norma BS5950 es un método de diseño de estados límites que requiere la aplicación de cargas mayoradas similar al método norteamericano AISC-LRFD.

La filosofía de diseño de los estados límites considera los estados de carga en los cuales la estructura ya no puede cumplir con el uso deseado. Se reconocen dos grandes categorías de estados límite – de servicio y de estados últimos. La consideración primaria de los estados últimos es la resistencia mientras que la de servicio es la deflexión. Se adoptan factores de seguridad apropiados para hacer que el riesgo de sobrepasar dichos límites sea remoto.

Las versiones de las normas consideradas en la presente versión son:

• ANSI/AISC 360-05. Norma norteamericana para el diseño de edificios de acero (métodos ASD y LRFD).

• ANSI/AISC 341-05. Norma sísmica norteamericana para el diseño de edificios de acero (métodos ASD y LRFD).

• AISI –ASD-LRFD Manual de Diseño para Acero laminado en frío – Diseño por tensiones admisibles y por factor de resistencia y carga (Edición 2001 con suplemento 2004).

• Norma Británica BS 5950-1:2000.

Cargas La aplicación apropiada de cargas y la generación de las combinaciones de carga requeridas

con el tipo correcto (servicio o diseño) son de plena responsabilidad del ingeniero. Es importante en este caso cerciorarse del tipo de cargas que se están considerando y si corresponden a estados límites.

El usuario puede descartar alguna condición de carga individual en el programa, además de escoger las condiciones a adoptar para la optimización y las condiciones a considerar en el reporte de salida. Vea las secciones de salida de resultados y de pantalla para mayor información al respecto.

275

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

El usuario es responsable de incluir las cargas ficticias horizontales especificadas en BS 5950, Sección 2.4.2.4

Secciones Para asignar una sección de acero al miembro proceda de la manera ilustrada en la siguiente figura. Observe que cualquier sección que no aparezca en la lista de secciones puede crearse de la manera descrita en el capítulo Creando Secciones y Materiales.

Asignando una sección de acero a los miembros.

Figura ilustrativa de los ejes locales de una sección. El eje 3 es también llamado eje x-x o eje fuerte, mientras que el eje local 2 es también llamado eje y-y o eje débil.

Definición del código a utilizar Al adoptar una sección para el elemento se está incluyendo implícitamente el tipo de material (laminado en frío o caliente) y su norma que está relacionada con la sección. Para una información más detallada sobre la definición de secciones vea el capítulo “Creando nuevos tipos de secciones con sus macros”. El diseño de los miembros se puede ver con más detalle en los capítulos de diseño según cada norma: Diseño AISC de miembros laminados en caliente, Diseño AISI de miembros formados en frío o Diseño BS de miembros de acero.

Note que en la definición de secciones (archivos *.leo) la variable CODE con la asignación “HOTROLLED”, “COLDFORMED” o BS_COLDFOPRMED permite definir si se va a adoptar la norma AISC, AISI o BS, respectivamente. El efecto del anterior comando se refleja normalmente en 276

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

el nombre de las secciones. Para el caso del primer grupo los nombres adoptados sólo mencionan la forma de la sección como por ejemplo C, W, etc. en cambio para las secciones formadas en frío se incluye la geometría precedida de las letras aisi como por ejemplo aisiAAA, aisiAAB, etc.

Es importante hacer notar que las secciones con CODE=HOTROLLED pueden diseñarse con las normas AISC o BS.

Ejes utilizados en el diseño Generalmente los ejes utilizados en el diseño y a los cuales se refieren los esfuerzos calculados son los ejes principales que normalmente coinciden con los ejes locales. Sin embargo, se presentan casos en los que los ejes principales no coinciden con los ejes locales. Tal es el caso de los perfiles L o Z por ejemplo. En este caso es importante determinar el sistema de ejes que va a ser utilizado en el diseño. RAM Advanse presenta una nueva opción ubicada en Configuración/Base de datos/Secciones del menú principal para definir al miembro como lateralmente restringido a la torsión. Cuando la opción está habilitada, el programa asume que los ejes principales coinciden con los ejes locales y el miembro será diseñado sobre la base de la flexión de sus ejes geométricos (ejes locales).

Opción para determinar los ejes de referencia a ser usados en el diseño de miembros lateralmente restringidos a la torsión a lo largo de su longitud.

Es igualmente importante mencionar que cuando se trate con secciones asimétricas como las tipo L, se deberá considerar que el eje longitudinal no coincide con el centroide de la sección. En estos casos el usuario puede adoptar cachos rígidos o los puntos cardinales (que definen la ubicación del eje respecto a la sección) que permitan ubicar el eje longitudinal en el punto adecuado.

277

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

En secciones totalmente asimétricas como las L, el usuario deberá cerciorarse que el eje longitudinal esté en la ubicación correcta mediante la adopción de cachos rígidos o puntos cardinales.

Adicionalmente el usuario tendrá que habilitar la opción CLT para definir una restricción completa laterañ-torsional del miembro en el diseño.

Parámetros de Diseño Se deben adoptar parámetros de diseño adecuados para cada miembro del modelo antes de proceder con el análisis y el diseño. Para mayor información en la creación de miembros puede referirse a la Ayuda contexto sensitiva, al Asistente o al Manual de Ejemplos.

Dentro de los parámetros de diseño se incluyen, entre otros, la bandera de pórtico traslacional (unbraced) o intraslacional (braced), el factor de longitud efectiva, la longitud no arriostrada de carga axial y la longitud entre arriostres para el ala en compresión durante la flexión. Para introducir los parámetros de diseño requeridos seleccione Miembros/Datos de diseño o Miembros/Diseño de metálicas.

Bandera para pórticos con contravientos o intraslacionales Esta bandera denominada Braced (del término en inglés arriostrado o sujeto) indica si el miembro se considera traslacional (valor = 0) o intraslacional (valor = 1). Este parámetro no está relacionado con la longitud entre arriostres, simplemente muestra la habilidad de los extremos del miembro a desplazarse con respecto del otro cuando el miembro es sometido a cargas laterales. La bandera Braced2 se refiere al arriostramiento en sentido paralelo al eje 2. De la misma manera, Braced3 se refiere al arriostramiento en el eje paralelo al eje 3. Los valores válidos son 0 y 1. El valor adoptado para esta bandera afecta directamente en el valor de cálculo de longitud efectiva (K) y del factor de estabilidad local de miembros Cm (AISC, AISI) o m (BS). Si el ingeniero va a adoptar un valor para estos dos factores sin requerir que el programa los calcule, entonces no será necesario dar un valor a la variable.

La bandera Braced2 se refiere al arriostramiento en sentido paralelo al eje 2. De la misma manera, Braced3 se refiere al arriostramiento en el eje paralelo al eje 3.

Los valores aceptados son 0 y 1. Los botones de herramientas en la parte inferior de la planilla pueden ser utilizados para la entrada automática de los valores para los miembros seleccionados.

278

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

Determine si cada miembro es parte de un pórtico traslacional (braced=0) o intraslacional (braced=1).

Factor de longitud efectiva (K) El pandeo de un elemento sometido a fuerzas de compresión depende en gran medida de la longitud del elemento, y de la rigidez de sus extremos. El factor K, multiplicado por la longitud real del elemento da la longitud efectiva del mismo. La longitud efectiva es usada para determinar la capacidad de soporte a cargas axiales del miembro.

Los factores K33, K22, y KTorsion son los factores K para la flexión ALREDEDOR del eje 3-3 (llamado usualmente eje mayor K o Kx), ALREDEDOR del eje 2-2 (llamado usualmente eje menor K o Ky) y para la longitud de torsión respectivamente y que se introducen en la planilla de parámetros generales de diseño.

El valor por omisión de K es 1.0. Esto significa que si el valor K es 0.0 en la planilla, el programa adopta un K igual a 1.0. Note que se tiene dos botones disponibles para el cálculo de los factores K que se calculan sobre la base del nomograma propuesto por Jackson y Moreland como lo sugiere la norma AISC para estructuras traslacionales o la Figura E.2 de la norma BS (BS 5950-1:2000) para el mismo tipo de estructuras translacionales. En cualquier caso, el factor de longitud efectiva, K es función de las condiciones de los extremos del miembro y de miembros circundantes y si éstos pertenecen a marcos traslacionales o intraslacionales en la dirección en consideración. Observe que a los miembros que se encuentran articulados tanto en el extremo superior e inferior se les asigna un valor de K=1.0. Para más detalles vea la ayuda contexto sensitiva.

Consulte la norma correspondiente para información adicional.

Los valores de K se introducen en la planilla Miembros/Parámetros generales de diseño.

Calcule o introduzca los factores de longitud efectiva para los miembros deseados (principalmente miembros verticales o columnas).

279

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

Es importante que las columnas hayan sido rotadas a su posición correcta antes de aplicar este comando. Si se decide rotar las columnas después, se deberá ejecutar este comando nuevamente.

Presione el botón y los coeficientes K son calculados automáticamente.

¡Advertencia!

Esta herramienta no es aplicable o apropiada para miembros de sección variable.

Presione los botones y para ver los valores de los coeficientes K gráficamente.

Longitud no arriostrada del miembro (L) Los parámetros L22 y L33 representan las longitudes no arriostradas de un miembro comprimido sometido a flexión y pandeo alrededor del eje menor 2-2 y del eje mayor 3-3 respectivamente. Se debe proveer la longitud verdadera entre arriostres cuando se divida un miembro en submiembros por razones de facilidad de análisis.

280

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

Los valores de L22 y L33 se pueden introducir directamente en la planilla. Estos valores representan la longitud no arriostrada entre soportes laterales que el programa va a considerar en el diseño. Observe que L33 es la longitud no arriostrada para la flexión ALREDEDOR del eje 3-3 (también llamado eje mayor L o Lux). De la misma manera, L22 es la longitud no arriostrada ALREDEDOR del eje 2-2 (también llamado eje menor L o Luy). Un valor de 0.0 en la hoja electrónica hará que el programa calcule L como la distancia entre nudos del miembro. El usuario puede adoptar valores de L mayores a la longitud del miembro en aquellos casos en los que la longitud del elemento no refleja la longitud no arriostrada.

Si es necesario se puede introducir la longitud no arriostrada entre soportes laterales (L33 y L22). Un valor de cero indica al programa que ésta longitud debe tomarse igual a la distancia entre nudos.

Longitudes Lbpos, Lbneg (AISC, AISI), opción CLT El pandeo flexural - torsional de un elemento sometido a momentos flectores depende en gran medida de la longitud entre apoyos laterales. Introduzca las distancias entre apoyos laterales para ambas alas de cada miembro en la planilla de parámetros de diseño. Estas longitudes se usan para el cálculo del momento nominal, Mn. Refiérase al Capítulo F (AISC, AISI).

Lbpos es la longitud no arriostrada del ala en el lado positivo del eje local 2 y Lbneg es la longitud no arriostrada del ala en el lado negativo del eje local 2. El programa usa la distancia correcta para cada condición o combinación de carga dependiendo de cual ala esté en compresión de acuerdo al signo del momento actuante.

El usuario puede modificar esta longitud introduciendo directamente el valor en la planilla. Si no se asigna ningún valor, el programa asumirá que el ala en compresión está no arriostrada a lo largo de toda su longitud (elemento flexible). Si el ala se encuentra totalmente arriostrada, el ingeniero debe habilitar la opción CLT, es este caso el programa ya no considerará el valor de las longitudes dadas.

Factor de momento uniforme equivalente Cb El factor de momento equivalente (Cb) se aplica sólo al eje más fuerte a flexión y a la capacidad de pandeo lateral por torsión en el miembro. El usuario puede introducir el factor directamente o dejarlo en 0.0 para que el programa lo calcule automáticamente. Refiérase a la norma de diseño apropiada

para más detalles. El botón en la parte inferior de la ventana se encuentra disponible para

281

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

asignar el valor 0.0 para que el programa calcule automáticamente el factor sobre la base de los momentos en los extremos del elemento para cada condición de carga.

¡Importante!

Cuando la longitud no arriostrada es diferente a la longitud del miembro, el coeficiente Cb debe calcularse manualmente o asumir un valor igual a la unidad.

Factor de estabilidad local de miembros Cm Estos coeficientes se usan en el cálculo de la capacidad del miembro para considerar la flexión combinada con carga axial mediante fórmulas de interacción donde se multiplican los momentos reales del miembro por los valores de estos coeficientes (Ver capítulo H, AISI).

Cm depende de si la estructura es traslacional o intraslacional (variable braced), de los momentos en los extremos (que cambian con cada combinación de cargas) y del arriostramiento lateral. Es aconsejable dejar el valor por omisión Cm= 0 para que el factor sea calculado sobre la base de los momentos de cada combinación de cargas con las fórmulas dadas por cada norma. (Vea los diagramas de flujo proporcionados para mayor información). Observe que Cm33 es el factor relacionado con la flexión ALREDEDOR del eje 33 (llamado usualmente eje mayor Cm o Cmx). De la misma forma Cm22 se relaciona con la flexión ALREDEDOR del eje 2-2 (llamado usualmente eje

menor o Cmy). Si el usuario no provee un valor a este parámetro (el botón en la parte inferior de la ventana está disponible para asignar el valor 0.0 en la planilla), entonces el programa calculará automáticamente un valor para cada combinación de carga.

Introduzca el valor de Cm en la planilla o presione el botón para borrar todos los valores de este para su cálculo automático

Longitudes Lepos, Leneg (BS) El pandeo flexural - torsional de un elemento sometido a momentos flectores depende en gran medida de la longitud entre apoyos laterales. Introduzca las distancias entre apoyos laterales para ambas alas de cada miembro en la planilla de parámetros de diseño. Estas longitudes se usan en el cálculo de la capacidad a momento Mx (BS5950). Refiérase a la sección 4.3.5 de la norma para mayor información.

282

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

Observe que para cargas aplicadas en las alas superiores (destablizing loads), el usuario debe considerar su efecto en los valores de LE (Tabla 13, BS5950-1:2000)

Lepos es la longitud no arriostrada del ala en el lado positivo del eje local 2 y Leneg es la longitud no arriostrada del ala en el lado negativo del eje local 2. El programa usa la distancia correcta para cada condición o combinación de carga dependiendo de cual ala esté en compresión de acuerdo al signo del momento actuante.

El usuario puede modificar esta longitud introduciendo directamente el valor en la planilla. Si no se asigna ningún valor, el programa asumirá que el ala en compresión está no arriostrada a lo largo de toda su longitud (elemento flexible). Si el ala se encuentra totalmente arriostrada, el ingeniero debe introducir arbitrariamente un valor pequeño (por ejemplo 0.1 cm) .

Factor de estabilidad local de miembros m Estos coeficientes se usan en el cálculo de la capacidad del miembro para considerar la flexión combinada con carga axial mediante fórmulas de interacción donde se multiplican los momentos reales del miembro por los valores de estos coeficientes (Ver tablas 18 y 26 o los diagramas de flujo al final del capítulo dedicado al diseño en acero para la BS).

m dependen de si la estructura es traslacional o intraslacional (variable braced), de los momentos en los extremos (que cambian con cada combinación de cargas) y del arriostramiento lateral. Es aconsejable dejar el valor por omisión m= 0 para que el factor sea calculado sobre la base de los momentos de cada combinación de cargas con las fórmulas dadas por cada norma. (Vea los diagramas de flujo proporcionados para mayor información). Observe que m33 es el factor relacionado con la flexión ALREDEDOR del eje 33 (llamado usualmente eje mayor m o mx). De la misma forma m22 se relaciona con la flexión ALREDEDOR del eje 2-2 (llamado usualmente eje menor o my). Si el usuario no provee un valor a este parámetro (el botón en la parte inferior de la ventana está disponible para asignar el valor 0.0 en la planilla), entonces el programa calculará automáticamente un valor para cada combinación de carga.

Factor de momento uniforme equivalente mLT El factor de momento equivalente (mLT) se aplica sólo al eje más fuerte a flexión y a la capacidad de pandeo lateral por torsión en el miembro. El usuario puede introducir el factor directamente o dejarlo en 0.0 para que el programa lo calcule automáticamente. Refiérase a la norma de diseño apropiada para más detalles. Existe un botón en la parte inferior de la ventana que se encuentra disponible para asignar el valor 0.0 para que el programa calcule automáticamente el factor sobre la base de los momentos en los extremos del elemento para cada condición de carga.

Torsión La torsión se considera en una forma simplificada sin tomar en cuenta el efecto de alabeo. Los resultados de la torsión se muestran en el reporte extenso.

Para mayores detalles referentes a la torsión vea los siguientes capítulos.

Diseño y Optimización Estrictamente hablando, el programa procede con la verificación de miembros de acuerdo a la norma adoptada, lo que permite una optimización si es que se tienen varias secciones disponibles por grupos de miembros.

283

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

Invoque el menú Procesar/Diseñar modelo para realizar la verificación por norma de los miembros. Seleccione la norma apropiada para la sección en la parte inferior de la ventana de diálogo. Se tienen las siguientes posibilidades ASD (AISI, AISC), LRFD (AISI, AISC) o BS. Si se utilizan las normas LRFD (AISI-AISC) o BS, estas no amplifican los momentos en columnas para considerar efectos de 2do orden. En este caso se debe realizar siempre un análisis de 2do orden (P-Delta). Vea el método LRFD en los capítulos de diseño AISC o AISI o el capítulo de diseño en BS para más detalles.

La verificación por código se puede realizar luego de completar el análisis.

La optimización se puede realizar una vez que los resultados de verificación iniciales se hayan obtenido y revisado (vea la sección de despliegue de resultados por pantalla y el reporte de resultados). Para esto se debe seleccionar Procesar/Optimizar estructura del menú principal.

El ingeniero puede realizar dos tipos diferentes de optimización. El primero, que se encuentra bajo la opción Optimizar, involucra reemplazar miembros que están sub o sobre dimensionados con la sección más liviana que cumpla con los requerimientos de las cargas y el código. El segundo método involucra un cambio de sección sólo si los miembros no resisten o no cumplen alguna especificación del código. Esta opción se denomina Verificar (modificar sólo las barras que fallan).

Seleccione el grupo de miembros (descripción) que se deseen optimizar y las condiciones de carga a considerar. En este caso, se han seleccionado todas las descripciones y combinaciones de carga.

284

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

Luego, se debe ver si se va a considerar la deflexión, también se debe seleccionar el tipo de optimización, y finalmente se pulsa Aceptar para iniciar la optimización.

El programa presentará una lista de los cambios sugeridos cuando se finaliza la optimización. Marque todos los cambios que Ud. desee que se realicen por el programa y presione O.K. RAM Advanse cambiará todas las secciones marcadas por las sugeridas.

¡Advertencia! Todos los resultados del análisis se pierden cuando se cambian las secciones. Por lo tanto, usted deberá proceder con un nuevo análisis de la estructura cuando haya realizado un cambio de secciones.

La optimización es un proceso iterativo ya que al cambiar una sección se originan cambios en la distribución de esfuerzos y tensiones en los miembros lo que a su vez puede originar cambios en las secciones. Por esto incluso se pueden llegar a tener secciones alternas entre optimizaciones ya que el cambio no llega a converger en una sección única.

Refiérase al capítulo Optimizando y Verificando la Estructura Metálica para más detalles.

Provisiones sísmicas para miembros de pórtico Mientras las especificaciones de provisión estándar determinan la habilidad de los elementos de acero para resistir adecuadamente todas las fuerzas que se aplican en la estructura, las provisiones sísmicas especiales aseguran que el modelo es diseñado para resistir cargas sísmicas de una forma dúctil y de manera segura. Por tanto, esta opción investiga cada elemento del pórtico de acero y/o uniones para los requerimientos de las especificaciones de AISC 341-05. (Ver Cap. De Diseño AISC, Notas Técnicas LRFD).

Conexiones metálicas El programa ha incorporado un nuevo módulo para el diseño y la verificación de conexiones de acero (sólo disponible para miembros con norma AISC). Vea el Manual de Conexiones para más detalles.

Despliegue de resultados Se tienen varios métodos disponibles para desplegar los resultados del análisis y el diseño, tanto en forma visual (por pantalla) como en reportes. En esta sección se describen ambas formas.

Pantalla El ingeniero tiene diferentes opciones de ver el estado de la verificación por código en pantalla.

Opciones disponibles para la graficación de resultados de diseño en la barra de Verificación de diseño.

A continuación se presenta una lista de las mismas:

• Escala libre: muestra a los miembros en colores que representan diferentes rangos de esfuerzos escalados desde el máximo hasta 0 divididos en 10 incrementos iguales.

• Escala fija: muestra a los miembros en colores que representan a los esfuerzos de los miembros escalados desde 1.0 (y superiores) hasta 0.0 en 10 incrementos iguales.

285

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

• Estado de diseño: en algún caso puede darse que la resistencia del miembro sea suficiente para las solicitaciones dadas, pero que sin embargo, no cumpla con algunas prescripciones de la norma. Por lo tanto, el programa provee una forma de observar gráficamente si los miembros cumplen con todas las especificaciones de la norma, además de su resistencia.

El usuario puede escoger ver solamente el grupo de miembros seleccionados para cada una de estas opciones, considerando la condición de carga seleccionada o la combinación gobernante.

Relación máxima de esfuerzos Todos los miembros seleccionados serán coloreados con uno de nueve colores pulsando el botón de la barra de Verificación de diseño. Estos colores representan 9 rangos diferentes de tensiones. Los rangos individuales son calculados tomando el valor máximo de tensión de todos los miembros seleccionados y dividiendo entre 9 rangos iguales. Los colores representan los valores de la tensión para la condición de carga seleccionada. Los valores del rango se muestran en la leyenda que aparece a un costado.

Observe que mientras más o menos miembros se seleccionen, se recalcula el rango de colores y posiblemente el color de cualquier miembro individual puede cambiar sobre la base del nuevo rango adoptado. Este método se utiliza principalmente para detectar cuál de los miembros se encuentra más solicitado dentro de un grupo.

Pulse y para ver los colores basados en el conjunto total de combinaciones de carga (no sólo la condición seleccionada). Si desea seleccionar los miembros dentro de un cierto rango, seleccione el

rango de tensiones con el ratón y presione el botón para seleccionar los miembros cuyos valores se encuentran dentro del bloque marcado.

Usted puede seleccionar y ver los miembros con tensiones dentro de cierto rango.

Para observar los valores de interacción de los miembros seleccione . En el despliegue se incluirá el nombre de la combinación de carga gobernante cuando el botón se encuentre también activo.

Escala fija de relaciones de tensión Todos los miembros seleccionados serán coloreados con uno de nueve colores cuando se pulse el botón en la barra de herramientas de Verificación de diseño. Estos colores representan nueve rangos diferentes de tensiones. Los rangos individuales son fijos como se muestra en la leyenda que aparece a un costado. Los miembros con valores de interacción mayores a uno serán coloreados en rojo. Los colores representan los valores de interacción sólo para el estado de carga seleccionado.

El rango de colores no se recalcula cuantos más o menos miembros se seleccionen, permaneciendo, además, cada miembro individual con un color constante. Este método es ideal para identificar

286

Capítulo 19: Diseño general de estructuras metálicas

aquellos miembros que no hayan cumplido con la verificación de resistencia. Este también es apropiado para identificar miembros con esfuerzos poco significativos o que estén próximos a la falla.

Para observar los colores sobre la base de todo el conjunto de combinaciones de carga (no sólo de la condición seleccionada) pulse y . Usted puede seleccionar y ver sólo los miembros dentro de

un cierto rango de tensiones si selecciona el rango de tensiones y presiona el botón .

Para ver los valores de interacción en cada miembro seleccione . Cuando el botón se encuentre igualmente seleccionado, usted podrá ver el nombre de la condición de carga gobernante al lado del valor para cada miembro seleccionado.

Estado del diseño En algunos casos la verificación de tensiones será aceptable para los miembros, pero estos no cumplirán con otros límites y prescripciones de la norma (p. ej. kl/r). Cada miembro seleccionado se marcará como OK o NG con su mensaje de falla seleccionando el botón . Seleccionando uno de los dos siguientes botones ubicados en la parte superior derecha, usted puede filtrar el despliegue de los miembros que cumplen o no cumplen con la verificación por norma. Los mensajes representan los resultados para el estado de carga seleccionado.

Para verificar estos mismos resultados sobre la base de todo el conjunto de combinaciones de carga (no sólo del estado de carga seleccionado), se debe pulsar y . En este caso los resultados incluirán el nombre de la condición de carga gobernante en cada miembro.

287

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

Este módulo permite el diseño de miembros de acero laminado en caliente de acuerdo a las normas norteamericana AISC. Esta norma permite el diseño alternativo por tensiones admisibles (ASD) o el método de diseño por factor de carga y resistencia (LRFD).

Este capítulo describe el diseño de miembros de acero de acuerdo a las siguientes normas de diseño del Instituto Americano de Construcción de Acero (AISC):

• ANSI/AISC 360-05, Especificación para edificios de acero estructural, de Marzo 9, 2005, publicado por el instituto americano de construcción en acero (AISC) en el Manual de Construcción de Acero , 13ra Edición.

• Se incluye una opción para considerar también las provisiones sísmicas para acero estructural ANSI/AISC 341 (Marzo 9, 2005) con su suplemento No. 1 de Noviembre 16, 2005.

Determinación de un miembro con sección AISC La determinación de un miembro con sección AISC se hace cuando se asigna una sección de acero laminado en caliente y seleccionando la norma AISC antes de ejecutar el análisis. Normalmente el nombre de las secciones formadas en frío que no se aplican al presente método incluye las letras aisi, en cambio los perfiles laminados en caliente llevan un nombre que refleja sólo la forma.

Ejemplo de asignación de una sección AISC a un miembro. Note que todas las secciones estándar AISC proporcionadas con el programa no empiezan con las letras aisc y se presentan de color negro.

289

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

El metodo de diseño ASD o LRFD se deben seleccionar antes de proceder con el diseño.

En el archivo de definición de un tipo de sección (archivos con la extensión *.leo) se tienen los siguientes datos y/o comandos específicos que se utilizan en el diseño AISC aparte de la geometría de la sección. Consulte el capítulo Creando nuevos tipos de secciones con sus macros si desea más detalles al respecto.

CODE=HOTROLLED Aquí se define que la sección es metálica de acero laminado en caliente y además que será diseñada con la norma AISC. Sin embargo, aún existen dos posibles métodos a elegir, el de las tensiones admisibles (ASD) o el de factor de carga y resistencia (LRFD). La elección de estos métodos se hace recién en el momento de realizar el análisis de la estructura como se verá más adelante.

TYPE=LINEOPEN Indica que la sección es abierta para el caso de secciones C, I, etc. La rigidez de cada elemento es definida con el comando RIGID como se describe más adelante.

TYPE=LINECLOSED Indica que la sección es cerrada como en el caso de una sección cajón o cilíndrica.

SetSolid..EndSolid Esta opción define que la sección es sólida y carece de elementos. En este caso no se considerará el pandeo local de patín o de alma en la evaluación de la resistencia de la sección.

Shape=<forma de la sección> La norma AISC tiene varias formulaciones o grupos de fórmulas para el diseño a flexocompresión que se pueden adoptar de acuerdo, principalmente, a la forma de la sección. A pesar de que sería posible utilizar sólo una formulación general, esta ha sido sometida a una serie de simplificaciones y modificaciones dependiendo de la forma particular de la sección para su aplicación más directa. Estas suposiciones causan diferencias en los resultados entre las fórmulas generales y particulares. Por esto, RAM Advanse ofrece la posibilidad de elegir la formulación a adoptar para cada tipo de sección. Las posibles opciones son:

I: Es la opción más utilizada que se aplica a los conocidos perfiles W, M, S y HP y similares, cuyos detalles de cálculo se encuentran en la sección F para flexión, en la sección E para compresión. Cuando se adopta la sección I, la sección debe incluir los siguientes parámetros: altura (d), ancho de ala (bf), espesor de ala (tf) y espesor de alma (tw) además de los parámetros k y k1 si se van a diseñar conexiones.

290

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

C: Es también muy utilizada e incluye a los perfiles C y MC. El cálculo es muy similar a los perfiles W, incluyendo el nombre de parámetros.

L: Esta forma incluye a los angulares de alas iguales y desiguales. La norma incluye una sección especial para este tipo tanto para flexión como compresión. (Secciones F10 y E5). La sección tiene que incluir los siguientes parámetros: (a) alto, (b) ancho, y espesor (t).

T: Este tipo de forma es también muy popular e incluye a los perfiles WT. La sección F9 se aplica para flexión. Los parámetros requeridos son similares a los perfiles W.

T2L: Este incluye a los angulares dobles cargados en el plano de simetría. Los parámetros son similares a los angulares simples con un parámetro extra para la separación (s).

Rectangle: Este incluye a los perfiles rectangulares HSS y secciones tipo cajón. Los parámetros son altura (a), ancho (b), y espesor (t). La flexión se calcula según la sección F7. Este tipo también se usa para barras sólidas (FORMULATION=SOLID). En este caso se aplica la sección F11.

Circle: Es para perfiles circulares HSS. Los parámetros que se requieren son el diámetro (D) y el espesor (t). Este tipo también se aplica a barras sólidas. En este caso se usa la sección F11.

Otras formas: No requieren parámetros especiales. Comprenden una formulación general que sigue la sección F12 de la norma. Esta incluye las fórmulas generales para pandeo dadas por Galambos:

Ecuación (3.145) para el esfuerzo crítico elástico del método ASD

Ecuación (3.80) para el cálculo del momento crítico del método LRFD

Galambos, Theodore V., 1968, Structural Members and Frames, Prentice Hall, USA.

Esta es la metodología implementada para secciones WT en RAM Advanse.

Con algunos complementos y sugerencias dadas en:

Galambos, Theodore V. 1988, Guide to Stability Design Criteria for Metal Structures 4th Edition, John Wiley & Sons, New York, USA.

Análisis de segundo orden Es importante hacer notar que el programa solamente realiza el análisis de segundo orden debido a la traslación lateral de la estructura (Efecto P-Delta mayúscula), no tomando en cuenta el efecto de la deformación propia del miembro (P-delta minúscula). En el diseño se deben considerar ambos efectos, por lo que el usuario debe determinar cómo se considerará el efecto P-delta. Para ello, la norma proporciona una manera indirecta de considerar el efecto de segundo orden a través de la ampliación de momentos obtenidos en un análisis elástico (refiérase al capítulo C de la norma AISC-LRFD). Las fórmulas propuestas permiten estimar tanto el efecto P-Delta mayúscula como minúscula. De esta manera el usuario puede incorporar en sus combinaciones de carga un factor de ampliación que considere ambos efectos.

En cuanto al parámetro Cb, éste es calculado de la misma manera para un análisis de primer o segundo orden. El usuario tiene la opción de introducir un valor. Para esto deberá seleccionar los miembros deseados e ir a la hoja de cálculo Parámetros de Diseño de metálicas del grupo de Miembros tal y como se explica en el capítulo de diseño general de miembros de acero.

Notas técnicas Las hipótesis y simplificaciones adoptadas son:

291

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

General Los métodos ASD y LRFD han sido unificados. La única diferencia radica en los factores:

Ru < φ Rn (LRFD) mientras que Ra < Rn / Ω (ASD)

Donde:

Ru: resistencia requerida última,

φ: factor de resitencia,

Rn: resitencia nominal,

Ra: resistencia requerida

Ω: factor de reducción

La siguiente tabla resume las especificaciones consideradas:

292

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

Sección de la norma AISC 360-05

Descripción Notas

B2 Use la norma de cargas SEI/ASCE 7 Vea los generadores de carga

B4 Clasificación de secciones para pandeo local La tabla B4.1 está completamente implementada

D1 Limitaciones de esbeltez

D2.a Resistencia a tensión de fluencia de sección bruta

E2 Limitaciones de esbeltez

E3 Resistencia a compresión para pandeo flexural en miembros sin elementos esbeltos

E4 Resistencia a compresión para torsión y pandeo flexural-torsional en miembros sin elementos esbeltos

E5 Miembros con angulares simples a compresión

E6.1 Resistencia a compresión de miembros armados

Cálculo de la relación KL/r modificada

E7 Miembros con elementos esbeltos Cálculo de Qa y Qs

F1 Provisiones generales Cálculo de Cb

F2, F3, F4, F5, F6

Perfiles I a flexión

F7 Miembros de sección HSS o tipo cajón a flexión

F8 Secciones circulares HSS

F9 Tes y angulares dobles cargados en el plano de simetría

F10 Angulares simples

F11 Barras rectangulares y circulares

F12 Secciones no simétricas Se usa una formulación general simplificada

G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7

Diseño de miembros a corte, Incluye acción de campo de tensión y rigidizadores transversales

H1, H2, H3 Diseño de miembros a fuerzas combinadas y torsión

293

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

Hipótesis y restricciones para elementos y secciones • Todos los elementos se consideran lineales con un ancho igual a la distancia entre sus

extremos y con espesor constante.

• El programa no considera secciones híbridas (secciones cuyos elementos están compuestos por materiales de resistencias distintas).

• Se toman en cuenta consideraciones especiales para el caso de miembros armados (Sección E6).

• El programa considera la influencia de hc (el doble de la distancia del centroide a la cara interna del patín en compresión menos el radio de curvatura de la arista) en el cálculo del parámetro de esbeltez límite para miembros no-compactos (λr). Este se aplica principalmente en secciones con alas superior e inferior desiguales.

• La inercia del eje 33 (llamado usualmente eje mayor) debe ser mayor o igual a la inercia del eje 22 (llamado usualmente eje menor), en caso contrario, el programa da un mensaje de error.

• El ancho b de un elemento se considera entre centros de línea.

Las secciones estándar (secciones de una forma definida ) no requieren de un valor para la variable RIGID. Secciones diferentes particulares deben incluir esta variable para cada elemento de la sección. Los valores disponibles son:

Valor de Rigid

Descripción del elemento

1 Alas sobresalientes de pares de ángulares en contacto continuo, patines de canales, angulares y placas salientes de vigas

2 Troncos de perfiles T

3,7 Elementos no rígidos soportados a lo largo de un borde, lados de angulares

4 Alas de secciones cuadradas o rectangulares cajón huecas

5 Otros elementos rígidos

6 Almas en general

8 Secciones circulares huecas

9 Alas de secciones I y canales

Cálculo a tracción El cálculo de miembros a tracción está dado por el inciso D2 de la norma. Las hipótesis y simplificaciones son las siguientes:

294

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

• Sólo se considera la tensión de fluencia en la sección bruta. La rotura a tensión en el área neta es parte de las verificaciones a realizarse en conexiones.

• No existen consideraciones especiales para conexiones.

• Miembros prismáticos sujetos a tracción axial mediante fuerzas actuando a través de los ejes centroidales.

• Sobre la base de la sección D1 de la norma, se adopta un valor límite sugerido para la esbeltez (relación Kl/r) de 300 para miembros en tracción. El programa da una advertencia cuando se sobrepasa este límite.

Cálculo a corte y flexión El cálculo a flexión considera la fluencia, el pandeo local y el pandeo lateral torsional especificados en el capítulo F de la norma.

Las hipótesis y restricciones adoptadas para esta parte son:

• Existen tres grupos de clasificación de secciones para el pandeo local: compactas, no compactas y esbeltas. La clasificación se adopta de acuerdo al elemento crítico de la sección.

• Cuando se determina el esfuerzo de corte de cualquier perfil, la norma usa un valor simplificado que es el área de corte. Vea el capítulo G de la norma para mayores detalles.

• El parámetro Cm ya no se utiliza para las ecuaciones de interacción.

• Se consideran rigidizadores transversales en el cálculo de la resistencia a corte en vigas como también la acción de campo de tracción.

Provisiones Sísmicas Mientras que las especificaciones estándar consideran la habilidad de los miembros de acero para resistir adecuadamente todas las fuerzas aplicadas a la estructura, las provisiones sísmicas aseguran que la misma es apropiada para resistir cargas sísmicas en un modo dúctil y seguro. Por lo tanto, esta opción investiga cada miembro del marco o junta (rígida) entre viga y ala de columna para cumplir con los requerimientos de la norma.

Las provisiones sísmicas consideradas son las ANSI/AISC 341-05. Usando las combinaciones generadas o las definidas por el usuario, se verifican los requerimientos de diseño y detallamiento para cada miembro y junta válida, siendo los resultados mostrados en forma gráfica. El reporte de diseño de acero incluye también los parámetros pertinentes de las especificaciones sísmicas.

Las verificaciones sísmicas requieren de datos de diseño adicionales como el tipo de marco (OMF (del inglés Ordinary Moment Frame, marco de momento ordinario), IMF (del inglés Intermediate Moment Frame, marco de momento intermedio) o SMF (del inglés Special Moment Frame, marco de momento especial), las combinaciones de sismo amplificado, la combinación de gravedad actuante en sismo, la ubicación de la articulación plástica en vigas (sh, ó RBSa, RBSb, RBSc), etc.

La siguiente Tabla resume las especificaciones consideradas:

Sección (ANSI/AISC 341-02)

Descripción Notas

6.1 Requerimientos de Material Limitaciones en el tipo de material adoptado para igas o col mnas

295

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

para vigas o columnas

8.2 Miembros en pandeo local Cálculo de λp y λps usando la Tabla I-8-1

8.3 Resistencia de la columna No se incluye el ítem 2b (fundación con tracción o de vuelque), lo que puede resultar en la consideración de una carga axial conservadora

9.2a Resistencias a corte y flexión requeridas (sólo en miembros)

No se incluye el cálculo del ángulo de inclinación entre pisos (del inglés Interstory Drift Angle)

9.3a Resistencia a corte en zona de panel

9.3b Espesor en zona de panel

9.5 Placas de continuidad (rigidizadores transversales)

9.6 Relación de momento entre columna y viga

No se ha considerado la excepción a-ii

9.8 Arriostramiento lateral de vigas

Sólo se consideran la longitud máxima no arriostrada y la resistencia de los arriostres laterales

10.2a Resistencias a corte y flexión requeridas

No se incluye el cálculo del ángulo de inclinación entre pisos (del inglés Interstory Drift Angle)

Nota

Es importante mencionar que pueden existir diferencias entre los resultados obtenidos por el programa y los resultados obtenidos por el módulo de conexiones, puesto que este último considera reducciones en los módulos plásticos de las secciones cuando existen pernos, mientras que el programa considera el módulo plástico de la sección completa.

Verificaciones de juntas RAM Advanse ha implementado verificaciones de diseño para juntas (totalmente rígidas), las que contemplan una evaluación de la habilidad de las alas y alma de la columna para resistir el corte de panel y también se incluye algunas provisiones sísmicas relacionadas a la relación de momento Viga-Columna (Sección 9.6 AISC 341-05). Cuando se halla la columna incapaz de resistir las cargas impuestas, se define una placa de alma (en inglés doubler) y/o rigidizadores transversales. Es importante que el ingeniero realice también las verificaciones del diseño de conexiones, que incluyen otras provisiones sísmicas o de resistencia para completar el diseño (ver el manual de conexiones).

Las verificaciones de juntas se pueden realizar sólo en juntas de viga-ala de columna. Una junta válida debe por lo menos tener una columna de sección I con una viga de sección I. De otra manera, no se efectuarán las verificaciones.

296

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

En el análisis, todos los miembros (p.ej. vigas y columnas) se asumen que son coincidentes con su eje longitudinal. RA calcula el corte en la zona de panel como la suma neta del corte superior, el corte aplicado a la junta correspondiente al piso (a través del diafragma), la carga axial de vigas (dividido entre la altura de la viga) y el corte debido a los momentos de la viga. Como se muestra en la siguiente figura, el corte de piso aplicado a la junta se asume como la diferencia neta entre los cortes superior e inferior de la columna.

Cálculo del corte en la zona de panel

Si se usan vigas inclinadas, la fuerza en las alas será calculada como se muestra a continuación, considerando siempre la proyección horizontal. La columna se asume siempre vertical.

Cálculo de las fuerzas en alas en vigas con pendiente

297

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

Cálculo a compresión El cálculo a compresión sigue el lineamiento dado en el capítulo E de la norma. Las hipótesis y restricciones adoptadas son:

• No se consideran orificios en almas y/o alas de los miembros que pueden afectar el cálculo de la sección efectiva.

• El límite sugerido de esbeltez Kl/r admisible para compresión se adopta igual a 200 y solamente es considerado como una advertencia.

• El programa tiene una bandera para realizar o no la verificación al pandeo a flexo-torsión. Aunque esta comprobación en varias secciones comunes no es obligatoria por la norma ya que normalmente no controla la capacidad de los miembros, se sugiere que siempre se realice este chequeo. La razón es que pueden darse casos en columnas esbeltas con elementos delgados de longitudes cortas donde esta comprobación sea crítica.

Cálculo a torsión El cálculo a torsión está dado por los incisos 4.1 a 4.4 de la guía “Torsional Analysis of Structural Steel Members” (Paul A. Seaburg, Charles J. Carter, Steel Design Guide Series 9, AISC Inc., 1997). Para mayores detalles ver los diagramas de flujo presentados más adelante. Las hipótesis y restricciones adoptadas para la torsión son las siguientes:

• No se considera alabeo (warping) en el análisis de la torsión. Por esto la torsión no se toma en cuenta en las ecuaciones de interacción.

• El cálculo de la resistencia a torsión se lo realiza con el módulo de torsión (tormod) con un valor simplificado equivalente a 1/(2*tmin*Ao) en el caso de secciones cerradas y un valor de tmax/Jtor para secciones abiertas. Ao es el área cerrada delimitada por los centros de línea de los elementos que confinan la sección.

Para secciones abiertas, no considerando alabeo, Tor Mod=tmax/Jtor donde tmax=el máximo espesor de los elementos y Jtor = constante torsional de la sección transversal. Se considera un valor simplificado equivalente de Jtor igual a la sumatoria de (b*t^3)/3 para cada uno de los elementos de la sección.

Ecuaciones de interacción La combinación de esfuerzos se considera a través de ecuaciones de interacción que toman en cuenta el capítulo H de la norma:

Compresión axial y flexión biaxial

Tracción axial y flexión biaxial

298

Capítulo 20: Diseño de miembros de acero laminado en caliente (AISC-ASD, AISC-LRFD)

Corte biaxial y torsión (Ecuación 4.9* sin considerar el componente de alabeo (warping))

*Paul A. Seaburg, Charles J. Carter, “Torsional Analysis of Structural Steel Members”, Steel Design Guide Series 9, AISC Inc., 1997

Miembros de sección variable El diseño de miembros de sección variable está restringido a secciones AISC. En general, el diseño es muy similar al de los miembros prismáticos. Utiliza los mismos procedimientos de un miembro equivalente con sección transversal prismática. El usuario tiene la responsabilidad de introducir el factor de longitud efectiva correcto Kγ para miembros en compresión

Las hipótesis adicionales a ser consideradas para miembros de sección variables son:

• El miembro debe tener por lo menos un eje de simetría (eje 2), que debe ser perpendicular al plano de flexión (eje 3, M33).

• Las alas deben ser de altura y sección constante.

• La altura de la sección varía linealmente de d0 (en nudo J) a dL (en nudo K)

• Se ha adoptado un factor de longitud efectiva adecuado para miembros de sección variable. Este factor no es calculado por el programa pero puede obtenerse con los diagramas propuestos por Lee et al (1972) con algunos modificadores de restricción que se incluyen en la Norma AISC. Este factor se introduce en el grupo de parámetros de diseño de la hoja electrónica como valor K.

• La resistencia a corte se determina sin modificaciones al procedimiento normal para miembros de sección constante.

• La resistencia a flexión se calcula considerando la longitud total del miembro (o la longitud ingresada por el usuario), y las propiedades de la sección transversal prismática del segmento del miembro bajo consideración.

• Las máximas cargas de corte, flexión y axial en cada segmento son consideradas respecto a las propiedades de la sección transversal de ese segmento, cuando se diseña el miembro.

• El usuario debe saber que el programa obtiene las ecuaciones de interacción para cada una de las estaciones considerando las propiedades de la sección de la estación respectiva, mientras que el código sugiere un método simplificado y conservador que considera solamente la sección más pequeña a compresión y la sección más grande a flexión.

299

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

Este módulo permite el diseño de miembros de acero formado en frío de acuerdo a la norma norteamericana AISI (American Iron Institue Specifications). Esta norma tiene un tratamiento integrado para los dos métodos de diseño, que son el método de tensiones admisibles, ASD (Allowable Stress Design) y el método del factor de carga y resistencia, LRFD (Load and Resistance Factor Design), que son usadas ampliamente en Estados Unidos de Norteamérica.

La norma aplicada para es:

• La versión 2001 de las Especificaciones para el diseño de miembros de acero estructural formados en frío del Instituto Americano del Hierro y Acero (American Iron and Steel Institute.), que incluye el suplemento 2004.

Notas técnicas En el módulo de diseño AISI incorporado en el programa se han tenido que incorporar ciertas hipótesis y simplificaciones.

Hipótesis y restricciones para elementos En cuanto a los elementos o componentes de una sección dada, se adoptan las siguientes hipótesis (Sección B de la norma):

• Todos los elementos son lineales, es decir, pueden ser representados por una longitud y su espesor. Vea el capítulo para crear nuevos tipos de secciones con macros para mayores detalles.

Ejemplo de sección C generada por elementos lineales.

• Las esquinas o bordes de doblado que son tratados normalmente como elementos circulares son asimilados internamente como un conjunto de dos o más líneas rectas como se detalla en la siguiente figura.

301

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

Ejemplo de sección discretizada en elementos lineales, para aproximarla a un sección curva.

• Los elementos rigidizados múltiples o con rigidizadores intermedios como el mostrado en la siguiente figura son discretizados en elementos lineales de forma similar a lo expuesto en el anterior punto sin tomar en cuenta consideraciones especiales para el cálculo de los anchos efectivos de cada elemento como lo expuesto en el inciso B4.1 ó B5 del código.

Ejemplo de sección de elementos rigidizados múltiples no considerado en forma especial para el cálculo del ancho efectivo.

• Las relaciones ancho/espesor de los elementos no son verificadas de acuerdo a los límites dados en B1.1. El usuario es responsable de asegurarse que estos requerimientos sean cumplidos por las secciones adoptadas en su modelo.

• Secciones con almas reforzadas no han sido consideradas en forma especial para el cálculo. Esto significa que no se han considerado requerimientos especiales para rigidizadores (Sección 3.6).

• No se han hecho consideraciones especiales para huecos

Cálculo a tracción El cálculo de miembros a tracción está dado por el inciso C2 de la Norma (ver diagrama de flujo al final de este capítulo). Las hipótesis adoptadas son:

• La sección neta se estima sobre la base de la sección bruta aplicando además un factor de reducción.

• No se toman consideraciones especiales de acuerdo al tipo de conexión adoptado.

Cálculo a corte y flexión El cálculo de la resistencia a flexión se realiza según el procedimiento I que se basa en la iniciación de la fluencia (Sección C3.1.1), el pandeo lateral torsional (Sección C3.1.2) que considera secciones abiertas (Sección C3.1.2.1 y secciones cajón cerradas (Sección C3.1.2.2). Adicionalmente, se considera miembros con el ala sujeta a piso o revestimiento (C3.1.3). Para mayores detalles se sugiere ver los diagramas de flujo más adelante.

Las hipótesis y restricciones adoptadas para esta parte son:

• Una sección punto-simétrica como la sección Z se diseña como una asimétrica para ambos ejes.

302

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

Secciones con simetría a un punto como la sección Z se diseñan como secciones asimétricas a ambos lados.

• En el cálculo a corte considera sólo el área del alma (h*t), siguiendo el procedimiento de la Sección C3.2.1. Las almas se consideran siempre no reforzadas, sin rigidizadores transversales adosados al alma.

• El pandeo local del alma debido a reacciones concentradas se considera en los cálculos. (Sección C3.4). La resistencia nominal del alma se calcula y se compara a las reacciones. Se usan las Tablas C3.4.1-1, C3.4.1-2, C3.4.1-3 y C3.4.1-4 para determinar los factores de resistencia y los factores de seguridad.

• Se recomienda al usuario, en general, no considerar la torsión en secciones abiertas. Note también que debido al pequeño espesor de la mayoría de las secciones, su resistencia a torsión es muy pequeña y se puede despreciar. Sin embargo, cuando se tiene torsión en el miembro, el programa calculará los esfuerzos de torsión (sin considerar el alabeo) y comparará con la resistencia máxima dada por 0.6*Fy (tensión de fluencia). Si los esfuerzos de torsión son importantes se dará una mensaje de advertencia.

• Para el cálculo de los Cm de cada miembro se verifican las restricciones de sus extremos y el tipo de apoyos a los que se encuentra unido. Debido a la convención de signos, la relación M1/M2 es positiva cuando el miembro está deformado con curvatura simple y es negativa en otro caso. Cuando las cargas transversales al elemento son muy pequeñas en comparación a las fuerzas actuantes axialmente, el programa asumirá que el miembro no está cargado transversalmente en el tramo.

Cálculo a compresión El cálculo a compresión sigue el lineamiento dado en el inciso C4 de la norma cuyo detalle se muestra en los diagramas de flujo proporcionados. Las hipótesis y restricciones adoptadas son:

• Un miembro se considera sometido a compresión cuando Pu > 0.05*Pn*φ para la norma LRFD y P > 0.05*Pn/Ω para la norma ASD.

• No se consideran orificios en almas y/o alas de los miembros que pueden afectar el cálculo de la sección efectiva.

• El programa toma en cuenta las modificaciones a las fórmulas de diseño de la norma para el caso de secciones C ó Z que se encuentran concéntricamente cargadas a lo largo de su eje longitudinal con sólo un patín sujeto o asegurado a la cubierta (Sección C4.6).

Ecuaciones de interacción La combinación de esfuerzos se considera a través de ecuaciones de interacción que toman en cuenta los siguientes casos considerados en el inciso C5 de la norma:

Tracción axial y flexión biaxial

303

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

Compresión axial y flexión biaxial

Además de la combinación de corte y flexión que sigue lo establecido en el inciso C3.3 de la Norma.

Para más detalles se sugiere ver los diagramas de flujo proporcionados.

Miembros Tubulares cilíndricos La norma tiene un inciso especial (C6) para este tipo de miembros para el caso de flexión y de compresión axial. El programa considera este caso, que se refleja adecuadamente en los diagramas de flujo que se presentan al final de este capítulo.

Es importante notar que en la definición de la sección, el inicio de los elementos de secciones cerradas de acero formado en frío (AISI) debe estar en una arista; y no a medio tramo como se muestra en las siguientes figuras.

Definiciones correctas e incorrectas de los distintos puntos de una sección tubular rectangular.

Determinación de un miembro con sección AISI La determinación de un miembro con sección AISI se hace de manera automática cuando se asigna una sección AISI al miembro. Normalmente el nombre del tipo de sección incluye la norma que se adopta con la sección.

Ejemplo de asignación de una sección AISI a un miembro. Note que todas las secciones AISI estándar proporcionadas con el programa empiezan con las letras aisi, como por ejemplo aisiBox, aisiC, etc.

304

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

En los macros de sección se tienen los siguientes comandos que se utilizan para la definición de una sección AISI, aparte de la geometría de la sección:

CODE=COLDFORMED Aquí se define que la sección es metálica de acero doblado en frío y además que será diseñada con la norma AISI.

TYPE Este comando sirve para definir si el tipo de la sección es abierto o cerrado. Esto depende de los siguientes valores asignados a este parámetro:

LINEOPEN (Línea abierta)

Indica que la sección es abierta para el caso de secciones C, I, etc. La geometría definirá además si un elemento es rigidizado, cuando está conectado en ambos extremos o es no rígido cuando está conectado en un solo extremo.

LINECLOSED (Línea cerrada)

Indica que la sección es cerrada como en el caso de una sección cajón o cilíndrica. En este caso se considerarán todos sus elementos rigidizados.

RIGID Este comando especifica el tipo de elementos que componen la sección AISI. El programa requiere que se defina para cada elemento si es un elemento de reborde (lip, Rigid=2), si es una ala con rigidizador de extremo (Rigid=3), un elemento simple no rigidizado (Rigid=1) o cualquier otro elemento rígido (Rigid=0, valor por omisión). Lo que determina las fórmulas que se van a adoptar para el cálculo del ancho efectivo para cada elemento.

Consulte el capítulo de creación de tipos de sección si desea más detalles al respecto.

¡Importante!

En el diseño de miembros de acero formado en frío no se consideran los miembros de sección variable.

Análisis de segundo orden Se recomienda un análisis de segundo orden ya que la magnificación de los momentos de diseño para considerar los efectos de segundo orden, no se encuentran explícitamente tratados en la norma de diseño de acero formado en frío. Aunque la norma no menciona específicamente este aspecto, el análisis de segundo orden puede ser considerado de la misma manera como se describe en el Capítulo C de la norma AISC-LRFD.

En cuanto a los parámetros Cm y Cb, éstos son calculados de la misma manera para un análisis de primer o segundo orden. De acuerdo a criterio, el usuario puede optar por asignar un valor diferente que tome en cuenta este aspecto. Para esto deberá seleccionar los miembros deseados e ir a la hoja de

305

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

cálculo del grupo de Miembros/Parámetros de diseño de metálicas tal y como se explica en el capítulo Diseño General de Estructuras Metálicas.

306

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

Diagramas de diseño de acero deformado en frío

307

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

308

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

309

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

310

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

311

Capítulo 21: Diseño de miembros de acero formado en frío (AISI)

312

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

RA permite el diseño de miembros laminados en caliente y en frío de acuerdo a la norma inglesa BS, la cual considera el método de diseño de estados últimos (también llamado de factor de resistencia de cargas)

Este capítulo describe el diseño de acuerdo a la norma británica

• BS 5950-1:2000

Determinación de un miembro con sección BS La determinación de la norma a utilizar para los miembros de acero se hace antes del diseño, dentro de las opciones del mismo.

La opción de diseño BS debe escogerse antes del diseño.

Para que una sección pueda ser diseñada con la norma BS, debe tener ciertas características dentro de su archivo LEO (archivos con extensión *.leo). En éstos archivos Ud. puede encontrar los siguientes datos/comandos específicos además de la geometría de la sección. Vea el capítulo dedicado a la creación de tipos de sección para más detalles.

CODE=HOTROLLED o CODE=BS_COLDFORMED Estos valores para CODE definen si la sección es laminada en frío o en caliente. En ambos casos puede ser diseñada con la norma BS.

TYPE=LINEOPEN Esta indica que la sección está abierta como en el caso de perfiles C, I, etc. La rigidez de cada elemento se define con la variable RIGID, como se describe más adelante.

TYPE=LINECLOSED Indica que la sección es cerrada como es el caso de secciones cilíndricas o cajón.

SetSolid..EndSolid Esta opción se utiliza para definir una sección sólida que no tiene elementos. En este caso no se considerará el pandeo local de alas ni se calcularán los esfuerzos en el alma de la sección.

313

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

FORMULATION=<formulación> La norma BS tiene varias formulaciones o grupos de fórmulas para el diseño a flexo-compresión. Los grupos se organizan de acuerdo a la forma de la sección. RAM Advanse ofrece la posibilidad de seleccionar la formulación a ser adoptada para cada tipo sección. Las alternativas disponibles son:

IC

Es la alternativa más popular. Se aplica a perfiles I, C, H o similares. El cálculo detallado de estos perfiles se incluye en la norma. Cuando se adopta esta formulación se deben incluir los siguientes parámetros: altura (d), ancho del ala (bf), espesor del ala (tf) y espesor del alma (tw).

TUBE

Esta opción se aplica sólo a tubos de sección circular, cuadrada o rectangular. Los siguientes parámetros se deben definir en tubos rectangulares o cuadrados: altura (a), ancho (b), espesor (t) y para tubos circulares: diámetro (D) y espesor (t).

L

Esta formulación se aplica en secciones tipo L o angular. Estas secciones se diseñan de acuerdo a especificaciones especiales para miembros con angulares simples o dobles. Los parámetros a incluir son: altura (a), espesor (t) y ancho (b) para angulares de alas desiguales.

GEN

Esta es una formulación genérica. Aunque la norma BS no contempla un caso general aplicable por ejemplo a secciones compuestas, las fórmulas generales dadas por Galambos (1968) se han adoptado y “calibrado” de acuerdo a los valores disponibles de secciones conocidas dadas por la BS. En este caso no se requieren parámetros especiales.

Galambos, Theodore V., 1968, Structural Members and Frames, Prentice Hall, USA.

Con algunas adiciones y sugerencias dadas en:

Galambos, Theodore V. 1988, Guide to Stability Design Criteria for Metal Structures 4th Edition, John Wiley & Sons, New York, USA.

Combinaciones de carga De acuerdo a la norma BS5950, Tabla 2, Sección 2.4, se pueden incluir las siguientes combinaciones de carga si una estructura se somete a carga muerta (DL), carga viva (LL), carga de viento (WIND) y de sismo (EQ):

1.4DL

1.4DL + 1.6LL

1.0DL±1.4WIND

1.4DL±1.4WIND

1.2DL+1.2LL±1.2WIND

1.0DL±1.4EQ

1.4DL±1.4EQ

1.2DL+1.2LL±1.2EQ

314

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

Ud. puede generar automáticamente las combinaciones de cargas requeridas con la opción Cargas/Generar combinaciones de cargas, seleccionando el archivo BS5950LoadCombosStrength.txt. Para mayor detalle vea el Capítulo 1, la sección de generación automática de combinaciones de cargas.

Análisis de segundo orden Normalmente se utiliza un análisis elástico para obtener las fuerzas y momentos para el diseño de miembros. Alternativamente, se puede utilizar un análisis P-Delta. En este caso es importante notar que el programa sólo realiza un análisis de segundo orden debido a la traslación lateral de los nudos de la estructura (P-Delta mayúscula), sin considerar la propia deformación de cada miembro (P-delta minúscula). Para evaluar la necesidad o no de un análisis de segundo grado, la norma indica la ejecución de una verificación de estabilidad lateral mediante la determinación del factor crítico de carga (λcr) (Sección 2.4.2). Este factor puede calcularse con las deflexiones horizontales de cada piso debidas a las cargas mayoradas del análisis estático. La estructura será sensible lateralmente si este factor es menor a 10 y en este caso se trata de una estructura sensible a la traslación lateral y se deberá realizar un análisis de segundo orden.

Con relación a los parámetros m y mLT, estos se calculan de la misma forma tanto para un análisis elástico o de segundo orden. Cabe notar que el usuario puede definir manualmente los valores de éstos parámetros. Para esto seleccione los miembros deseados y vaya al Panel de Datos/Miembros/Parámetros de diseño de acero como se explica en el capítulo de Diseño General de miembros de acero

Notas técnicas

Hipótesis y restricciones para secciones y elementos Las siguientes hipótesis se han adoptado para los elementos de una sección:

• La verificación de norma se realiza considerando solamente las fuerzas y momentos en secciones específicas (estaciones) de los miembros.

• Se considera que todos los elementos son lineales, con una longitud igual a la distancia entre extremos y un espesor constante.

• Todos los elementos de una sección tienen la misma resistencia a fluencia (sección homogénea). No se consideran las secciones con diferente resistencia (secciones híbridas).

• Las secciones armadas (I,H soldadas o secciones cajón) se calculan con un valor de py que considera una reducción adicional de 20 N/mm² y las directivas de la Sección 3.1.1 (BS)

• El programa no incluye consideraciones especiales para secciones I o H con alas desiguales. Los miembros con esas secciones van a ser calculados de forma aproximada con la formulación GEN.

• La variable RIGID se asigna a cada elemento de la sección en el archivo LEO (*.leo). Esta determina el tipo de elemento que se utilizará para el cálculo de los límites de esbeltez (Vea la tabla más adelante).

• El largo de un elemento de una sección se considera entre líneas centrales y se corrije al valor correcto sólo para perfiles comunes como I, H, C, L, o T.

¡Advertencia!

315

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

Cuando se asigna el valor RIGID a un elemento de una sección, el usuario debe ser muy cuidadoso ya que algunos valores sólo son válidos cuando un elemento se encuentra en compresión o flexión. Por esto, el usuario debe tener una visión clara de las fuerzas que van a ser aplicadas al miembro.

316

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

RAM Advanse verifica las secciones de acuerdo a la siguiente tabla para su respectiva clasificación y cálculo de las resistencias nominales de compresión y flexión.

317

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

Las secciones se clasifican como Clase 1 (plástica), Clase 2 (compacta), Clase 3 (semicompacta) o Clase 4 (esbelta).

318

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

Miembros a tracción El cálculo de los miembros a tracción está dado en la sección 4.6 de la norma BS. Para más detalles vea el diagrama de flujo correspondiente más adelante. Las hipótesis y simplificaciones adoptadas son:

• Sólo se considera el área bruta para miembros a tracción. No se han hecho consideraciones especiales para tomar en cuenta el tipo de conexiones utilizadas.

• Se considera que las fuerzas a tracción actúan en los ejes centroidales en miembros prismáticos a tracción.

Vigas y otros miembros a flexión El cálculo a flexión incluye el pandeo por flexión y torsión lateral como se especifica en las Secciones 4.2 a 4.3 de la norma. El cálculo a la capacidad a corte se calcula como se especifica en la sección 4.2.3. Vea los diagramas de flujo al final del capítulo. Para más detalles.

Las hipótesis y restricciones adoptadas son:

• La capacidad a momento de la sección se basa en la resistencia de diseño y módulo de sección como se especifica en la sección 4.2.5 de la norma.

• El corte correspondiente se divide en dos grupos, corte bajo (Sección 4.2.5.2.) y corte alto (Sección 4.2.5.3) y se considera que el miembro está cargado por su centro de corte.

• El programa usa una expresión simplificada para determinar el esfuerzo de corte de acuerdo a la Sección 4.2.3 de la norma. Para cualquier otra sección no incluida en la norma, se adopta un área de corte (Av) igual a 0.9/Qmod. No se consideran rigidizadores transversales para el diseño de vigas maestras.

• Se realiza una verificación de los apoyos y su tipo para el cálculo de los coeficientes m de cada miembro. Ram Advanse usa las ecuaciones generales dadas en las Tablas 18 y 26 de la norma donde Mmax y M24 se calculan tomando intervalos de 5% de L.

Columnas y otros miembros a compresión Esta parte sigue el criterio dado en la sección 4.7 de la norma. Los pasos que se toman en el diseño se muestran en los flujogramas al final del capítulo. Las restricciones e hipótesis adoptadas son.

Un miembro es considerado en compresión cuando el esfuerzo en ambas fibras extremas del mismo está en compresión. Caso contrario el miembro se considera a flexión o tracción.

No se consideran las conexiones de extremo, huecos en alas y/o almas que pueden afectar el cálculo de la sección efectiva.

Los miembros a compresión compuestos por angulares, canal o T se tratan con los criterios dados en las Secciones 4.7.10.2, 4.7.10.3, 4.7.10.4, con la definición de dos parámetros: Lv y Tipo Cnx.

Lv es la longitud medida entre pernos de interconexión y Tipo Cnx se relaciona a los tipos de conexión definidos en la Tabla 2.5 de la norma. Ambos parámetros se introducen en la planilla Miembros/Parámetros de diseño de metálicas.

319

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

Los parámetros Lv y Tipo Cnx se introducen en la planilla Miembros/Parámetros de diseño de metálicas.

La siguiente tabla relaciona los valores de Tipo Cnx con los tipos de conexión de la Tabla 2.5 de la norma:

Miembros sujetos a torsión La norma no incluye consideraciones para miembros sujetos a torsión. Existen algunos métodos propuestos, pero son más apropiados al análisis plástico y se encuentran restringidos sólo a ciertos tipos de secciones. Como un método alternativo a estos, se propone uno simplificado con las siguientes hipótesis y restricciones:

• La carga a torsión se resiste mayormente a torsión uniforme. No se considera el alabeo. Esto ocurre principalmente en secciones cerradas de pared delgada, con rigideces a torsión muy grandes o en miembros con rigideces de alabeo pequeñas como las secciones T o angulares. Este criterio puede resultar conservador para secciones intermedias como I o C.

• Se adopta la interacción de Von Mises para evaluar el esfuerzo máximo por cortante, torsión, carga axial y flexión.

• El cálculo de la resistencia a torsión se lo realiza con el módulo de torsión (tormod) con un valor simplificado equivalente a 1/(2*tmin*Ao) en el caso de secciones cerradas y un valor de tmax/Jtor para secciones abiertas. Ao es el área cerrada delimitada por los centros de línea de los elementos que confinan la sección.

320

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

Para secciones abiertas, no considerando alabeo, Tor Mod=tmax/Jtor donde tmax=el máximo espesor de los elementos y Jtor = constante torsional de la sección transversal. Se considera un valor simplificado equivalente de Jtor igual a la sumatoria de (b*t^3)/3 para cada uno de los elementos de la sección.

321

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

Miembros de sección variable Sólo se pueden considerar secciones que varían su altura, asumiendo que el espesor de las alas permenece constante. El diseño es muy similar a los miembros prismáticos. Las propiedades de sección en cada estación se usan con los mismos procedimientos de un miembro equivalente de sección constante. El usuario tiene la responsabilidad de determinar la longitud efectiva correcta que se utilizará para los miembros en compresión, junto con el factor de momento equivalente (igual a 1.0 de acuerdo al Anexo B2.5).

Un miembro con acartelamiento en un extremo puede ser divido en dos. Un miembro de sección variable y una de sección constante.

El programa permite el uso de las directivas Anexo G de la norma para el diseño de miembros con un ala lateralmente restringida. Para habilitar esta opción, vaya a la planilla Miembros/Parámetros de diseño de metálicas y asigne Ala Restr.=1.

El parámetro Ala Restr. Permite el uso del Anexo G para miembros con un ala restringida lateralmente.

El programa permite usar las directivas del anexo G para miembros uniformes y de sección variable con un ala restringida lateralmente.

322

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

Diagramas de Flujo BS 5950 DISEÑO DE MIEMBROS DE ACERO CON LA NORMA BS 5950-1:2000

Aeff: Area efectiva

Area: Area

Av: Area de corte

Clase: Clasificación de la sección, plástica=1, compacta=2, semi-compacta=3 o esbelta=4

d: Altura de la sección

Fv: Fuerza de corte

E: Módulo de elasticidad del acero

K: Factor de longitud efectiva

L: Longitud del miembro

Mb: Momento de resistencia al pandeo

Mc: Capacidad a momento

mLT,m,mx,my: Factores de momento uniforme

Mmax: Máximo momento en el miembro

M1,M2,M3,M4,M5: Momento a 0,25,50,75 y 100% de L

Pc: Fuerza de resistencia a compresión

pc: Resistencia a compresión

PE: (π²*E/λ²)

py: Resistencia de diseño del acero

Pv: Capacidad a corte de un miembro

qw: Resistencia a pandeo por corte

r: Radio de giro

S: Módulo plástico

Seff: Módulo plástico efectivo

Sv: Módulo plástico del área de corte

Sx: Módulo plástico alrededor del eje mayor

Sy: Módulo plástico alrededor del eje menor

t: Espesor

Vb: Resistencia al pandeo por corte en el alma

Vcrit: min(Vb,Pv)

Z: Módulo de sección

Zeff: Módulo de sección efectivo

323

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

Zx: Módulo de sección alrededor del eje mayor

Zy: Módulo de sección alrededor del eje menor

α: Constante de Robertson (Anexo C2)

ε: Constante SQRT(275/py)

λ: Esbeltez

λLO: Valor límite para la esbeltez equivalente para pandeo lateral torsional

λLT: Esbeltez equivalente para pandeo lateral torsional

λw: SQRT(0.6*py/qe)

λ0 Esbeltez límite para la compresión con axial

324

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

325

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

326

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

327

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

328

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

329

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

330

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

331

Capítulo 22: Diseño de miembros de acero (BS 5950)

332

Capítulo 23: Diseño ACI y BS de hormigón armado

Capítulo 23: Diseño ACI318 y BS8110 de hormigón armado

Este capítulo describe las opciones disponibles en RAM Advanse para el diseño y detallamiento de vigas, columnas y zapatas de hormigón armado de acuerdo a la norma norteamericana ACI (American Concrete Institute Building Code Requirements for Structural Concrete) y la norma del Reino Británico BS8110 (British Standard Code). El usuario debe proveer un modelo y parámetros de diseño apropiados antes de proceder con el análisis de la estructura en el programa. El diseño de acuerdo a la norma ACI se realiza en forma automática luego del análisis, y los resultados pueden observarse en pantalla en forma gráfica o mediante reportes. Para un diseño mas avanzado, el usuario puede recurrir a los tres módulos de diseño/detallamiento disponibles que se describen en los próximos capítulos.

Cargas La aplicación de cargas apropiadas y la generación de las combinaciones de cargas requeridas es de absoluta responsabilidad del usuario. Todas las cargas adoptadas y sus combinaciones deben ser aplicadas en la forma descrita en el Manual de Ejemplos. El diseño de hormigón armado se realiza para todas las combinaciones de carga adoptadas. El usuario tiene la posibilidad de filtrar el diseño en el módulo de diseño/detallamiento para obtener los resultados para una condición de carga individual (estado o combinación). Vea la siguiente sección de los módulos de diseño/detallamiento para mayor información en el filtrado de combinaciones de carga cuando se revisan los resultados.

Serie de tamaños de barras El programa usa dos series de barras que se usan comúnmente. Estas se pueden seleccionar en la ventana de configuración de cualquiera de los módulos de detallamiento de hormigón armado.

La primera lista corresponde a la barras estándar de la ASTM (American Society of Testing Materials) y la segundo son las barras estándar del sistema SI. Es importante notar que el usuario puede modificar los diámetros, áreas, pesos y nombres de las barras a considerar en cada lista, editando el archivo bars.itb que se encuentra en la carpeta “Other” del directorio principal de RAM Advanse. Este archivo determina el nombre, diámetros, áreas y pesos que se usarán en la verificación y diseño de los diferentes elementos de hormigón armado. Observe que las tablas se encuentran en unidades fijas de acuerdo a la siguiente tabla:

Tabla Diámetro Area Peso

ASTM Estándar pulgada pulgada lb/pie

SI Estándar mm mm2 kgf/m

¡Importante! Observe que el orden de la lista debe estar en orden ascendente por tamaño.

Nota: en el raro caso de cambiar la serie de tamaños de barras luego de la optimización del refuerzo, Ud. deberá rediseñar los elementos del módulo ya que el programa no transformará en forma automática los tamaños de barra equivalentes de la nueva serie.

333

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Esta sección describe las opciones disponibles en el detallamiento de vigas de hormigón para diseñar un miembro de hormigón armado. Las normas utilizadas para el módulo de vigas son:

• La versión 1999 de la American Concrete Institute Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI 318-99 (ACI 1999).

• La versión 2005 de la American Concrete Institute Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI 318-05 (ACI 2005).

• La versión 1997 de la British Standard Code. BS-8110 (1997). (Incluye la revisión 30/11/05)

Identificando vigas de hormigón RAM Advanse encara de diferente manera el diseño de vigas y columnas. Como tal, es importante, identificar previamente a los miembros como vigas (forjados) o columnas (soportes) para un diseño adecuado. Esto se realiza asignando la sección apropiada a los diferentes miembros existentes. Cada sección de hormigón armado es implícitamente una viga o un soporte. Por ejemplo, para asignar a un miembro un tipo viga de hormigón armado, seleccione una sección RcBeam como se ilustra en la siguiente figura.

Asignando secciones de hormigón armado a los miembros. Si usted desea crear una nueva sección, deberá seleccionar un tipo adecuado para vigas o columnas como se ilustra a continuación:

335

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Creación de nuevas secciones.

Análisis El modelo debe analizarse adecuadamente antes de proceder con el diseño de una viga de hormigón armado. El análisis debe considerar la reducción de momento de inercia (factor de sección fisurada) prescrito por el código. De ser aplicable, se debe proceder con un análisis de segundo orden P-Delta como se describe más adelante.

Sección fisurada Para diseñar con mayor aproximación una estructura de hormigón es común recurrir a la utilización de un ‘factor de fisuración’ que afecta tanto a las vigas y columnas del modelo. Estos factores reducen los momentos de inercia de los miembros para el análisis. Se sugiere adoptar los factores recomendados por la norma de hormigón local. Por ejemplo, la norma ACI318-05 en su sección 10.11.1 recomienda adoptar un valor de 0.7*Ig (momento de inercia bruto de la sección) para columnas y 0.35*Ig para vigas. Los valores pueden ser introducidos directamente dentro del factor Ig en la hoja electrónica como se observa en la siguiente figura. Los valores válidos son de 0.0 a 1.0. Observe que si un valor nulo es introducido se asume un valor unitario para el análisis.

336

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Asigne los factores de inercia sugeridos (factores de sección fisurada) para vigas y soportes. Los botones de la barra de herramientas pueden utilizarse para introducir automáticamente valores entre 0.35 a 0.70 (recomendado por el código ACI 318 – 99) para los miembros seleccionados.

Análisis de segundo orden Se recomienda su utilización ya que no se considera la ampliación de momentos en la etapa de diseño (refiérase a la sección técnica). Esto es particularmente importante para pórticos traslacionales de acuerdo a la norma ACI318-05 (10.13.4).

Se debe realizar un análisis de segundo orden P-Delta. Esto es particularmente importante en estructuras traslacionales de acuerdo a la Sección ACI 10.13.4.

337

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Notas Técnicas ACI El diseño vigas en RAM Advanse incorpora los requerimientos de:

La versión 2005 de la norma norteamericana para hormigón estructural dado por el Instituto Americano del Concreto (American Concrete Insitute), ACI 318-05.

Esta sección describe como se han aplicado sus especificaciones en RAM Advanse para el diseño de vigas.

Generalidades El diseño de vigas se realiza en el programa principal para todos las combinaciones de diseño seleccionadas en la ventana de dialogo de la impresión de diseño de hormigón armado. En el reporte de resumen de resultados el diseño a flexión, corte y torsión se realiza en 11 estaciones espaciadas a igual distancia a lo largo de la viga (0.1*largo). En cambio, en el módulo de vigas, el usuario puede especificar que condiciones de carga va a considerar en el diseño. Los siguientes ítems se verifican en el diseño de vigas de hormigón armado.

• Flexión

• Corte

• Torsión

• Requerimientos de detallamiento (solamente en el detallamiento de vigas de hormigón armado).

No se considera ninguna carga axial o carga fuera del plano vertical en el diseño.

Limitaciones En el programa se tienen las siguientes limitaciones en cuanto a la aplicación de la Norma (ACI318) a las vigas:

• No se considera ninguna carga axial en el diseño.

• Sólo se considera la flexión alrededor del eje 3-3 del miembro (flexión uniaxial principal).

• No se verifican límites de deformaciones, dentro del módulo.

• No se considera miembros de sección de gran altura.

Diseño a flexión El diseño a flexión de las vigas de hormigón armado se realiza sobre la base de una distribución de esfuerzos rectangular como se describe en ACI 10.2.7. Las hipótesis de diseño de ACI 10.2.7 se aplican totalmente, particularmente el uso del bloque de esfuerzos equivalentes. La sección es controlada a compresión si la deformación de la fibra en tensión es igual o menor a la deformación límite de 0.002 cuando el concreto en compresión alcanza su deformación límite de 0.003 (ACI 10.3.3). La sección es controlada a tensión si la fibra de acero en tensión tiene una deformación igual o mayor a 0.005 cuando el concreto alcanza la deformación de 0.003. La viga se diseña en cada sección para la envolvente de momentos flectores máximos positivos como negativos de las combinaciones de carga apropiadas. La posición del refuerzo se especifica en el programa principal cuando se crea la sección. Mientras que en el módulo de detallamiento, la posición de las barras se ajusta de acuerdo a las Pantallas de Datos y Configuración como se describe mas tarde. El ancho total

338

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

de alas dado por el usuario se considera para el caso de vigas T y L (sólo en el módulo de detallamiento) en el cálculo del bloque de esfuerzos para momentos positivos. Se considera una reducción del ancho de la zona de compresión cuando los esfuerzos positivos sobrepasan el ala y llegan hasta el alma en las secciones T ó L. Observe que no se verifica la validez del ancho de ala proporcionado. Se ignoran las alas en el caso de momentos negativos. El refuerzo mínimo a flexión adoptado está de acuerdo a ACI 10.5. Note, sin embargo, que la distribución de refuerzo a flexión dado en ACI 10.6 no se considera, ni tampoco, los límites de la distancia entre soportes laterales (ACI 10.4), que deben ser verificados por el usuario, como la excentricidad lateral y el espaciamiento de los soportes laterales.

Los requerimientos sísmicos especiales se aplican totalmente en el módulo de vigas. El riesgo sísmico requerido se especifica como bajo, medio o alto en la Pantalla de Datos. En el programa principal siempre se asume un riesgo sísmico bajo para el diseño de vigas en este caso, no se requieren de provisiones especiales, pero para riesgos sísmicos moderados o altos se tienen las siguientes medidas:

ACI Descripción Riesgo moderado

Riesgo alto

21.2.4/5

Límites de resistencia en refuerzo y hormigón

Responsabilidad del usuario

Responsabilidad del usuario

21.3 Miembros de marcos a flexión

No aplicable Como se indica abajo

21.3.1 Límites en dimensiones

No aplicable Se asume carga axial cero. Los límites de dimensiones responsabilidad del usuario.

21.3.2.1

21.3.2.2

Límites de refuerzo y refuerzo recomendado

No aplicable Cubierto

21.10 Requerimientos para riesgo moderado

Como se indica abajo

No aplicable

21.10.2 Requerimientos a flexión

Se asume carga axial cero

No aplicable

21.10.4 Refuerzo recomendado

Cubierto No aplicable

339

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Las medidas que no son consideradas por el programa deben ser consideradas por el usuario. Todas aquellas provisiones a flexión que no hayan sido cubiertas por el programa son de entera responsabilidad del usuario.

Diseño a corte El diseño a corte de las vigas de concreto reforzado se realiza con los conceptos y requerimientos indicados en el capítulo 11 de la norma ACI318. En el detallador de vigas de hormigón armado, el cortante de diseño corresponde al corte crítico a una distancia d (altura efectiva) del paramento del soporte (ACI 11.1.3). Observe que RAM Advanse no verifica los límites de resistencia de hormigón definidos en la sección 11.1.1.2. La capacidad de corte resistido por la sección de concreto vc se calcula con las ecuaciones (11-3) y (11-5) para elementos sujetos a corte y flexión. Para casos con riesgo sísmico medio y alto se debe utilizar cortantes correspondientes al momento de flexión resistente probable (Mpr) según se indica en la sección 21.3.4. La fuerza cortante para diseño sísmico (Ve) se calcula considerando la carga estática gravitacional mayorada actuante simultánea al sismo, el usuario debe indicar la combinación correspondiente a esta carga. Finalmente se toma el máximo cortante entre Vu y Ve dentro de una longitud de 2d a partir de los paramentos del soporte (Sección 21.3.3.1.a). El usuario tiene la responsabilidad de ver que no existan otros puntos críticos para el corte.

Es importante notar que la verificación de la Sección 11.5.5.3 de la norma puede interpretarse de dos maneras distintas: tomar la resistencia del refuerzo provisto (Vs) o tomar la resistencia del refuerzo requerido (Vsreq). En el programa y de acuerdo a la aplicación práctica se verifica si Vsreq > 4*SQRT(f’c) * bw*d. En caso afirmativo se disminuye la separación requerida por condiciones geométricas a la mitad.

Los estribos verticales (cerrados o abiertos), utilizados como refuerzo transversal de corte, deben cumplir con los requerimientos como espaciamientos, área de refuerzo mínimo tanto para corte como torsión que se indica en el código ACI.

En el módulo de detallamiento se disponen de algunos requerimientos especiales para estructuras sismo resistente que se indican en el código. En casos de riesgo sísmico medio y alto se debe considerar los siguientes requerimientos en el diseño.

ACI Descripción Riesgo Moderado

Riesgo Alto

21.3.4.1 No Aplicable Implementado

21.10.3(a)

Corte de diseño basado en la capacidad a flexión del miembro

Implementado

No Aplicable

21.3.4.2 Refuerzo transversal en miembros

Vc es considerado

Vc es considerado de acuerdo a los cortantes de Mpr

No se asumen cargas axiales

340

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Diseño a Torsión Cuando sea necesario el diseño de miembros a torsión se debe proporcionar refuerzo adicional tanto longitudinal como transversal del elemento. La torsión es considerada solamente cuando éste excede un valor límite indicado en la sección 11.6.1 del código ACI. Luego de desarrollarse las fisuras por torsión, la resistencia a la torsión es provista principalmente por estribos cerrados, barras longitudinales, y diagonales en compresión. El área de acero longitudinal adicional para resistir torsión no debe ser menor al área provista en la ecuación (11-22).

Requerimientos de detallamiento

El código de diseño influye notablemente en las características tanto de número, tamaño y distancia entre barras. La presente sección identifica aquellas provisiones adoptadas por el programa en el módulo de vigas. Observe que es de responsabilidad del usuario el confirmar que el refuerzo adoptado cumpla con todos los requerimientos del código de diseño utilizado A continuación se detalla los requerimientos considerados por el código ACI318-05.

ACI Descripción Observaciones

10.6 Distribución de refuerzo a flexión

Considerado

11.5.4 Límite de separación para refuerzo a corte

Considerado

11.6.6 Límite de separación para refuerzo a torsión

Considerado

12.2 Anclaje de barras corrugadas en tracción

Considerado a excepción de 12.2.5 en riesgo sísmico alto

12.3 Anclaje de barras corrugadas en compresión

No considerado

12.4 Anclaje de paquete de barras

No considerado

12.5 Anclaje de patillas estándar en tracción

Considerado a excepción de 12.5.3.4

12.10 Anclaje de barras en flexión – General

Considerado

12.11 Anclaje de refuerzo de momento positivo

Responsabilidad del usuario

12.12 Anclaje de refuerzo de momento negativo

Responsabilidad del usuario

12.14 Empalmes en tracción Considerado

12.16 Empalmes en compresión No considerado

341

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Riesgo sísmico alto

21.3.3.2 Refuerzo transversal Considerado

21.3.2.3 Estribos en zonas de empalmes

Responsabilidad del usuario

Riesgo sísmico moderado

21.10.4.2

Refuerzo transversal Considerado

Notas Técnicas BS-8110 El diseño vigas en RAM Advanse incorpora los requerimientos de:

La versión 1997 de la norma británica estructural dado por el Instituto Británico Standard (BS-8110).

Esta sección describe como se han aplicado especificaciones del código en RAM Advanse para el diseño de vigas.

Diseño a flexión El diseño a flexión de las vigas de hormigón armado se realiza sobre la base de una distribución de esfuerzos y el análisis descrito en la sección 2.5 del código BS-8110. Las hipótesis de diseño de BS-8110 3.4.4.4 se aplican totalmente, particularmente el uso del bloque de esfuerzos equivalentes y los bloques de esfuerzos para concreto. La viga se diseña en cada sección para la envolvente de momentos flectores máximos positivos como negativos de las combinaciones de carga apropiadas. La posición del refuerzo se especifica en el programa principal cuando se crea la sección. Mientras que en el módulo de detallamiento, la posición de las barras se ajusta de acuerdo a las Pantallas de Datos y Configuración como se describe posteriormente en este documento. El ancho total de alas dado por el usuario se considera para el caso de vigas T y L (sólo en el módulo de detallamiento) en el cálculo del bloque de esfuerzos para momentos positivos. Se considera una reducción del ancho de la zona de compresión cuando los esfuerzos positivos sobrepasan el ala y llegan hasta el alma en las secciones T ó L. Observe que no se verifica la validez del ancho de ala proporcionado. Se ignoran las alas en el caso de momentos negativos. El refuerzo mínimo a flexión adoptado se realiza según las especificaciones que se indican en la tabla 3.25.

Los requerimientos sísmicos especiales no se especifican en el código BS-8110. El programa no realiza ninguna consideración de riesgo sísmico si se elige este código de diseño. El usuario tiene la responsabilidad de cubrir todas aquellas provisiones que no son cubiertas por el programa.

Diseño a corte El diseño a corte de vigas de concreto reforzado que utiliza la norma de diseño BS-8110, contiene las especificaciones y criterios que se indican en la sección 3.4.5 del código BS-8110 referente a corte en vigas. La fuerza de corte de diseño es el máximo valor de cortante que se obtiene de la envolvente generada con las combinaciones de carga seleccionadas. En el detallador de vigas de hormigón armado el cortante de diseño corresponde al corte crítico de una sección a una distancia “d” de la cara del soporte. El cortante resistido por el concreto νc se obtiene considerando la sección y la resistencia característica del concreto. La tabla 3.8 del código BS-8110 proporciona valores de esfuerzos de corte resistidos por el concreto. (3.4.5.4 del código BS-8110).

342

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Donde:

: No debe ser mayor a 3

: No debe ser menor a 0.67 para elementos sin refuerzo de corte ni menor a 1 en elementos con refuerzo de corte

Diseño a Torsión No es necesario un cálculo específico para la fisuración por torsión, normalmente es controlado por el refuerzo transversal de corte. Cuando sea necesario el diseño de miembros a torsión se debe considerar las recomendaciones que se dan en la sección 2.4 de BS 8110-2:1985.

Se debe proveer un mínimo de cuatro barras, una en cada esquina como refuerzo longitudinal resistente a la torsión. La distancia entre barras no debe exceder una distancia de 300mm, también se debe considerar que el espaciamiento entre estribos no debe exceder de 200mm, ni el lado menor del estribo, ni la mitad del lado mayor del estribo.

Requerimientos de detallamiento Observe que es de responsabilidad del usuario el confirmar que el refuerzo adoptado cumpla con todos los requerimientos del código. A continuación se detallan los requerimientos del código BS-8110 implementadas en el programa.

BS 8110 Descripción Observaciones

3.12.4 Distribución de refuerzo a flexión, detalles de refuerzo

Considerado

3.4.5.5 Límite de separación para refuerzo de corte.

Considerado

3.12.8.23 Anclaje de barras en tracción Considerado

3.12.8.23 Anclaje de barras en compresión

Considerado

3.12.8.13 Empalmes en tracción Considerado

3.12.8.15 Empalmes en compresión Considerado

El programa considera la longitud mínima para empalmes que indica la norma Sec. 3.12.8.11. La distancia mínima en empalmes no debe ser menor a 15 veces el tamaño de la barra o 300mm.

Las longitudes de desarrollo han sido calculadas con (0.95fy), y presentan un esfuerzo constante en toda su longitud.

Para la longitud de anclaje se considera que la parte recta y la porción que pasa el doblaje desarrollan la longitud de anclaje (longitud de anclaje llena). Si la barra no se extiende o no se asume cargada

343

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

pasando un punto a cuatro veces el diámetro de la barra del final del doblaje, no se necesita verificar los esfuerzos internos en el anclaje. Pero si se asume con esfuerzos más allá de este punto, se debe verificar los esfuerzos en la parte del anclaje, para que no pasen del valor de esfuerzo último.

Reportes y salida de resultados por pantalla Existen dos formas de salida de resultados disponibles en el programa principal de RAM Advanse, Obviamente, se disponen de muchos más detalles en el módulo de diseño/detallamiento de vigas de hormigón que se describe en la siguiente sección. El usuario es capaz de obtener en el programa principal un resumen de resultados, además de poder ver el refuerzo dispuesto en cada miembro.

Reporte resumen del diseño de vigas RAM Advanse permite generar un reporte resumen de los resultados de diseño. La salida consta de dos líneas por cada miembro. Observe que las líneas son bastante anchas y por lo tanto deberán ser impresas en un modo condensado o con tipo de letra pequeño. Para imprimir el diseño de hormigón armado, primero selecciones los elementos a imprimir y luego ejecute el comando Reportes/Diseño de hormigón armado...

Ejecute el comando Reportes/Diseño de hormigón armado.

Seleccione la norma adecuada y los dos tamaños de estribos que se deseen considerar de la ventana de diálogo que se muestra a continuación:

344

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Seleccione OK y el reporte será generado para todos los miembros seleccionados. El reporte que aparece se muestra a continuación.

¡Importante!

Las vigas con sección rectangular son elementos diseñados únicamente a momentos alrededor del eje 3, torsión y corte en el eje 2. Los otros esfuerzos son ignorados en el diseño de vigas. Si la viga cuenta con flexión biaxial, la alternativa es definir esa viga como columna.

En este diseño de la viga se asume siempre un riesgo sísmico bajo, sin consideraciones especiales. En el módulo de diseño/detallamiento de vigas el usuario puede cambiar esto para examinar el impacto de algunas provisiones sísmicas.

Para el reporte preliminar se han adoptado los siguientes valores por defecto para los coeficientes de minoración de resistencias:

Acero: 1.15, hormigón en flexión: 1.50, hormigón en corte: 1.25.

La separación de estribos se calcula considerando una armadura longitudinal igual a la mínima dada por norma (Tabla 3.25 de la norma).

345

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Impresión de vigas

El detalle de los resultados que se muestran es el siguiente:

VIGA Num El número de viga que corresponde al número de miembro del modelo.

A.izq, A.cent, y A.der Estas son las mayores áreas de refuerzo requeridas para las zonas izquierda, central, derecha, respectivamente. El área que se muestra bajo A. izq corresponde al refuerzo requerido desde le extremo J del miembro hasta la distancia mostrada en PI. Izp.De igual forma A. der corresponde al área de refuerzo requerido desde el extremo K del miembro hasta la distancia mostrada en P.I. der. El refuerzo necesario anotado bajo A. cent corresponde a la armadura central que va desde una distancia PI. Izq con respecto al extremo J a una distancia PI. Der. con respecto al extremo K. Para mayor información sobre los puntos de inflexión vea la explicación abajo.

Note que en el caso de que no exista un punto de inflexión a lo largo del elemento, el refuerzo central se aplica para todo el largo de la sección. De acuerdo a esto, los valores de P.I. izq o P.I. der serían iguales a 0.0. Esto es, el acero mostrado en A.cent se requiere desde una distancia 0.0 del extremo J de la viga (por ej.: izquierda de la viga) hasta una distancia 0.0 del extremo K de la viga (por ej.: derecha de la viga).

P.I.izq, y P.I.der son la distancia a los puntos de inflexión desde los extremos de la viga. Note que cuando se hace referencia a derecha e izquierda, representan los extremos J y K respectivamente del miembro. “Izq” es el nudo J, “Der” es el nudo K.

¡Importante! Cuando usted visualiza una viga, esta debe ser vista con el nudo J a la izquierda, y el nudo K a la derecha

Izquierda y derecha en relación con los nudos J,K.

346

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Puntos de inflexión de la envolvente de momentos

En una viga, las áreas de refuerzo requerido se proveen en tres zonas:

* La zona izquierda que está limitada por el eje de la columna del nudo J y el punto de inflexión izquierdo (P.I.izq)

* La zona central que es la zona entre los puntos P.I.izq, y P.I.der.

* Y la zona derecha, que está limitada por el eje de la columna del nudo K y el punto P.I.der

Los puntos de inflexión en el reporte son las distancias más grandes de todos los estados de carga considerados. El momento de diseño mostrado en los resultados es el máximo momento para todos los estados de carga en las diversas zonas.

Zonas de refuerzo en una viga

¡Importante! Advierta usted que a las barras debe añadírseles una longitud de desarrollo a partir de los puntos de inflexión.

PIEL

Cuando se considera la torsión, este valor indica cual es el área de armadura adicional de piel necesaria por cada cara lateral de la sección (equivalente a Al/3 del módulo de detallamiento de vigas). En este caso el área de refuerzo transversal ha sido ajustada para resistir la torsión.

SEP ESTRIBOS Estas son las máximas separaciones de estribos permitidas en cada una de las zonas.

Si se requieren estribos cerrados porque existen barras sometidas a compresión, no debe tomarse una separación mayor a 15 veces el diámetro de las barras longitudinales.

La separación de estribos es brindada para tres zonas, la primera zona es el 25% (izquierda), la segunda zona es el 50% (central), y la tercera zona es el 25% (derecha).

347

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

La separación de estribos está basada en las demandas de corte y torsión en la sección.

TIPO El tipo indica si los estribos pueden ser abiertos o deben estar cerrados. Una U indica que los estribos pueden ser construidos abiertos como indica la figura (b). Los símbolos [] indican que los estribos deben estar cerrados, como indica la figura (a). Esta señal [] solo es un indicador de que existe alguna torsión en la sección, mientras que el símbolo >[]< indica que se requiere algún refuerzo de compresión. Entonces, los estribos adecuados para resistir los esfuerzos de compresión de estas barras deben ser seleccionados.

Note nuevamente que en este diseño no se consideran previsiones sísmicas.

(a) estribo cerrado ( [] ) (b) estribo abierto ( U )

¡Importante! Un estribo abierto debe ser ubicado con relación a los ejes locales como se ilustra en la figura. Es decir el estribo abierto solo absorbe esfuerzos cortantes en la dirección 2.

Mmax/min, V, y T

Mmax y Mmin dan los valores máximo y mínimo, respectivamente, de momentos flectores alrededor del eje local 3. V es la máxima fuerza cortante en la dirección del eje local 2. T es el máximo momento torsor en la viga considerando todas condiciones de carga existentes. Este momento es el momento máximo para todos los estados de carga y es el valor usado para el diseño del refuerzo crítico.

Note que cuando no existen puntos de inflexión, A.cent contendrá el área de refuerzo requerida a lo largo de toda la longitud del miembro. Los valores mostrados Mmax y Mmin reflejan el momento para el cual se diseña el refuerzo, incluso si este momento ocurre en un lugar distinto del centro de la viga.

Long Long. es la longitud de las vigas.

348

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Posición del refuerzo en los miembros Para obtener una disposición esquemática de las barras de las vigas y columnas, selecciones los miembros de hormigón y presione el botón de la barra de herramientas de Modelo. La pantalla indicará la disposición correcta de las barras longitudinales en los miembros actualmente seleccionados. Un despliegue más detallado del refuerzo se puede obtener en el detallador descrito a continuación.

Estas son las posiciones reales de las barras de refuerzo en las secciones seleccionadas.

Módulo de diseño de vigas Esta sección describe las opciones disponibles en el módulo de diseño de vigas de hormigón armado. Como en todos los módulos de detallamiento de hormigón armado, el diseño ejecuta un proceso de prueba y error, donde el usuario ingresa la geometría, los materiales y el refuerzo, y el programa verifica la condición de la viga para las cargas especificadas. Se invoca a este módulo al seleccionar una o más vigas de hormigón armado ubicadas en una línea recta, y seleccionando Módulos/Vigas/Hormigón... de la barra de menús. Refiérase al capítulo de Módulos de Diseño y Detallamiento de Hormigón Armado para mayores detalles sobre la entrada y navegación en estos módulos.

Pantalla de Datos La pantalla inicial que aparece en el detallador es la pantalla de datos que se muestra en la siguiente figura.

349

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Note que el botón seleccionado en la barra de menú es el de la pantalla de datos, que permite modificar el material, la sección y la geometría de la estructura para asemejar las condiciones reales del problema. Algunas veces se realizan modificaciones de dimensiones en la fase del análisis para modelar en forma más precisa el comportamiento estructural. Esta pantalla le permite modificar las dimensiones usadas en el análisis a las condiciones verdaderas. Como este módulo será usado mayormente para generar los planos estructurales, el usuario debe introducir las dimensiones reales.

Observe que en el gráfico las columnas pueden recorrerse con relación al eje utilizado en el programa de análisis. Haciendo clic en la palabra Centro y cambiándola a Izquierda se puede ubicar el soporte a la izquierda de la línea de cuadrícula (ver figura). La dimensión de la columna se puede también modificar. Recuerde que todos los textos en rojo pueden ser modificados.

350

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Una vez que se verifiquen todos los datos Ud. Puede ingresar a la pantalla de detallamiento , a la

de diseño o a la de reporte .

Cuando el usuario ingrese a la pantalla de detallamiento se presenta una propuesta de armado, que se calcula con los valores de configuración asignados por defecto.

RAM Advanse le sugiere el refuerzo transversal y longitudinal para un diseño óptimo de la viga. Sin embargo, los empalmes a lo largo de la viga deben ser realizados por el usuario verificando la longitud máxima de barra. Los ganchos y longitudes de desarrollo para barras discontinuas son calculados internamente. El usuario debe hacer clic el botón para realizar el diseño de la viga.

Luego de realizar algún cambio en los datos de la viga, haciendo clic en el botón , la viga será rediseñada.

351

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Pantalla de Diseño

Para ver la pantalla de diseño se debe utilizar el segundo botón de la barra que queda al lado del botón de datos. Esta pantalla se utiliza para mostrar los diagramas de requerimiento y capacidad de la viga. Note que se pueden ver dos diagramas al mismo tiempo en la pantalla, permitiendo la comparación entre la curva de demanda o requerimiento y la curva de capacidad. Observe que algunos de los diagramas que pueden mostrarse son dependientes de la condición de carga seleccionada. Los diagramas de momento o corte se muestran para la condición de carga seleccionada.

Advertencia: Es responsabilidad del usuario el revisar el acero requerido con relación al acero provisto para confirmar que la capacidad de las barras adoptadas sea suficiente. Esto se visualiza de mejor forma en la pantalla de diseño del detallamiento de vigas donde los momentos de diseño comparados con los momentos nominales o los cortantes de diseño comparados con los cortantes nominales son desplegados visualmente.

En algunos casos el área requerida puede exceder a la provista. Esto puede suceder con más frecuencia en los extremos de un miembro donde no se tiene el suficiente espacio para disponer las barras requeridas para los momentos en la cara de una junta entre un pilar y la viga.

Las deformaciones, los momentos, los cortantes y torsores son todos dependientes del estado de carga actual. Las otras opciones se muestran y calculan para todas las combinaciones de carga. Es particularmente importante ver la envolvente de los momentos de diseño y los momentos nominales de flexión. El último diagrama ilustra el incremento de la capacidad de la sección sobre la longitud de desarrollo de las barras longitudinales. De tal manera, el usuario podrá determinar si la resistencia de la viga es suficiente para resistir los momentos de diseño en cualquier longitud de la viga (particularmente en la zona de desarrollo de las barras).

352

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Pantalla de Detallamiento

La pantalla de detallamiento muestra las barras de refuerzo adoptadas en la viga.

En esta pantalla se muestran tanto los estribos verticales como el refuerzo longitudinal. La sección transversal representa el refuerzo requerido en los puntos deseados a los largo de cada vano. Observe que el usuario puede manipular directamente esta figura, sin embargo, si selecciona el botón DXF se crea un archivo CAD, el cual se puede manipular fuera de RAM Advanse.

Pantalla de Configuración Esta pantalla permite Esta pantalla permite al usuario establecer algunas normas para el diseño y también tener control del diseño del refuerzo. Observe que los datos cambiados en ésta pantalla se guardan para corridas posteriores del módulo de detallamiento.

Estos criterios se deben definir antes de ver el detallamiento y no necesitan modificarse para el detallamiento de subsecuentes vigas a menos que se requieran algunos cambios.

Reporte de vigas de hormigón armado

Al presionar el botón de la pantalla de diseño/detallamiento, se desplegará el reporte de vigas de hormigón armado. La pantalla se muestra a continuación:

353

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Reporte de la pantalla de vigas de hormigón armado.

Para una explicación detallada de los botones en este reporte, vea la sección Reporte del capítulo Impresión de Gráficos y Reportes.

El reporte de vigas de hormigón armado despliega toda la información detallada de la viga. En la parte superior se despliega la información general que es común a todos los miembros seleccionados de la viga. Luego, se presenta la información que es particular a cada miembro de la viga.

En la sección de información general, el usuario puede encontrar estados de carga, el riesgo sísmico y las propiedades de los materiales.

354

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Información general mostrada en el reporte de las vigas de hormigón armado.

En la sección de datos específicos para cada miembro de la viga el usuario puede encontrar la geometría, el refuerzo y algunos parámetros de diseño como el recubrimiento libre, la separación inicial de los estribos, etc. Una característica particular es el esquema gráfico del patrón de barras adoptadas con el número y posición de cada grupo de barras.

Ejemplo de esquema gráfico presentado para el refuerzo adoptado de la viga.

Los resultados son divididos en dos secciones. Una dedicada a la verificación de la flexión y la otra a la verificación de corte y torsión. Cada miembro es dividido en 10, por lo cual 11 estaciones son consideradas en la verificación de los esquemas de las barras.

Los estados de las diferentes estaciones son mostrados gráficamente en un diagrama especial que muestra la envolvente de momentos de diseño y la capacidad de momentos nominales (multiplicados por el factor φ) de manera simultánea. Si la resistencia de algunas estaciones no es suficiente para resistir los momentos aplicados, esta parte del diagrama se muestra en rojo. De esta manera el usuario puede evaluar con una mirada el diseño a flexión de la viga. Todos los diagramas son graficados desde una cara de la columna a la otra cara de la columna.

Ejemplo del diagrama de verificación a flexión. Note que las áreas con insuficiente resistencia son resaltadas en rojo.

Note que este reporte indica la separación requerida de las barras para cumplir con el control de fisuración especificado en 10.6.4 de la Norma ACI. La separación de la disposición de las barras también es indicada. Esta separación es calculada considerando las dimensiones de la siguiente figura:

El reporte también muestra toda la información requerida para el diseño del refuerzo al corte y a la torsión. Los estados de las diferentes estaciones son mostrados gráficamente con un diagrama que compara la envolvente de corte de diseño con la resistencia a corte nominal de cada estación. La mayoría de las consideraciones sísmicas dadas en el capítulo 21 de la Norma son tomadas en cuenta (vea la sección previa para excepciones). En este caso el propósito es obtener miembros con

355

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

resistencias al corte mayores que la máxima capacidad probable de flexión del miembro, con la finalidad de evitar una falla frágil del miembro.

Una descripción de las variables principales y de la nomenclatura adoptada se explica en la sección de notas el reporte.

ACI-318-05 Diagramas de Flujo de vigas Diseño de vigas Material: Hormigón armado Elementos: vigas Norma: ACI 318-05 Fecha: 30-01-06 Observaciones:

• Vea las observaciones de los diagramas de flexión y corte.

• Se asume una sección constante a lo largo de todo miembro.

• Se asume que la carga axial de los miembros no excede de (Ag*f’c/10)(21.3.1.1) Datos: Asprov, Asprov1: refuerzo provisto inferior y superior en la sección. Asreq, Asreq1: refuerzo requerido inferior y superior en la sección. Es: módulo de elasticidad del refuerzo, Es= 29000000 psi (8.5.2). F’c: resistencia a compresión especifica del hormigón Fy: resistencia a fluencia del acero L: longitud de vano de la viga Mn: momento resistente nominal Mpr: momento resistente probable a flexión Mupos,Muneg: momentos positivos y negativos mayorados alrededor del eje 3-3 en una sección Muminpos: momento de diseño mínimo positivo Mumin: momento de diseño mínimo. Rdist: porcentaje de redistribución de momentos en apoyos. Ve: Fuerza de corte de diseño determinado por consideraciones sísmicas Vn: Resistencia a corte Nominal Vu: fuerza cortante mayorada en la sección (valor absoluto) Sblim: separación máxima entre barras considerando el control de fisuración. Seismic: bandera para riesgo sísmico 0:bajo, 1:medio y 2: riesgo sísmico alto. Tn: Momento torsional nominal.

356

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Tu(i): Momento torsional mayorado en la sección

φ: Factor de reducción de resistencia φ=0.9 para flexión (9.3.2.2), φ= 0.85 para corte (9.3.2

ρ: Cuantía de refuerzo a tracción

ρb: Cuantía de balanceo.

ρlim: Cuantía geométrica máxima.

ρmax: Cuantía máxima.

ρ1: Cuantía de refuerzo a compresión.

357

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Diseño de vigas a corte y torsión Material: Hormigón armado Elementos: vigas 358

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Norma: ACI 318-05 Fecha: 30-01-06 Observaciones:

• La resistencia a fluencia del refuerzo longitudinal y transversal es la misma

• Cuando se presenta torsión, se asume que esta no puede redistribuirse (torsión primaria). La redistribución de la torsión se puede considerar adoptando un factor de reducción de rigidez a torsión en el análisis.

• Cuando se presenta la torsión se deben adoptar estribos cerrados.

• No se debe considerar ninguna reducción del área longitudinal a torsión debido a la compresión por flexión. (11.6.3.9).

• Se consideran secciones rectangulares T o L.

• Se asume que el valor del ancho efectivo de una sección T o L cumple con lo especificado por la norma (8.10)

• La fuerza de corte inducida por si mismo (Ve) representa más de la mitad de la resistencia requerida por corte en zonas críticas con riesgo sísmico alto (21.3.4.2)

Datos: c: recubrimiento libre del refuerzo longitudinal. Critical: variable booleana que muestra si la sección (estación) se encuentra dentro de la longitud crítica igual al doble de la altura de la viga contando desde la cara del soporte mas cercana (verdadero). B: Ancho de la cara a compresión del miembro. Bw: Ancho del alma (para secciones T o L) (bw=b para secciones rectangulares). Db,dbs: Diámetro de las barras del refuerzo longitudinal y transversal respectivamente. F’c: resistencia especificada a compresión para el concreto. Fy: resistencia especificada a fluencia del acero. H: Altura de la sección. Hf: Espesor de las alas (para secciones T o L) (hf= para secciones rectangulares) Lwc: variable booleana (verdadero para hormigón aligerado, falso para hormigón normal). Mc: recubrimiento mecánico. Mu: momento mayorado en la sección. Nlegs: número de ramas de los estribos adoptados para resistir el corte. Vu: Fuerza de corte mayorada en la sección. S: Separación adoptada entre estribos. Seismic: Bandera para riesgo sísmico 0:bajo, 1:medio, 2: riesgo sísmico alto.

359

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Tu: momento torsional mayorado en la sección.

φ: Factor de reducción de resistencia (0.85). Cálculo de variables iniciales: Abs1: Área de una rama del refuerzo transversal Acp: Área encerrada por el perímetro externo de la sección de concreto Pcp: Perímetro externo de la sección. Aoh: Área encerrada por el eje de refuerzo transversal externo para resistir torsión. Aoh= (bw-2*c+dbs)*(h-2*c+dbs) para secciones rectangulares, T o L, (el refuerzo de amarre para las alas de la sección no es considerado). D: Distancia de la fibra extrema a compresión al centroide del refuerzo a tracción, d= h-mc, para secciones Rectangulares. Ph: Perímetro del eje de refuerzo transversal exterior cerrado para resistir torsión ph= 2*((bw-2*c+dbs)+(h-2*c +dbs)) para secciones rectangulares T o L. Resultados: Scalc: separación para los estribos considerando tanto el corte como la torsión. Smax: Separación máxima admisible para estribos de corte y torsión. Al: Área total de refuerzo longitudinal adicional para resistir torsión. Closed: Variable Booleana que es verdadera cuando se requiere refuerzo a torsión y falsa caso contrario. Stirrups: Variable Booleana que es verdadera cuando se requiere refuerzo transversal falsa, caso contrario.

360

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

361

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

362

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

BS-8110 Diagramas de Flujo de vigas Diseño de vigas a flexión Material: Hormigón armado Elementos: vigas Norma: BS-8110 Fecha: 30-01-06 f: Resistencia cúbica del concreto

fy: Resistencia del acero de refuerzo.

As0: Área de acero de refuerzo en tensión As1: Área de acero de refuerzo en compresión b: Ancho o ancho efectivo de la sección o ala en la zona de compresión bw: Ancho promedio del alma de vigas con alas d: Altura efectiva de refuerzo en tensión d’: Profundidad del refuerzo de compresión hf: Espesor del ala M: Momento resultado del análisis Mf: Momento provisto por el ala en sección Tee x: Profundidad del eje neutro z: brazo de momento

βd: Relación entre el momento redistribuido y el momento antes de la redistribución. Ma: Momento adicional provisto por el refuerzo de compresión. Mbal: Momento para falla balanceada, el acero de tensión falla por fluencia xbal: Profundidad del eje neutro para que ocurra falla balanceada. As1eff: Área de acero en compresión efectiva Fscncalc, fstcalc: Esfuerzos en acero de compresión y tensión con xbal. Diseño de vigas a Corte y Torsión Material: Hormigón armado Elementos: vigas Norma: BS-8110 Fecha: 30-01-06 Tu: Torsión resultado del análisis Vu: Cortante resultado del análisis Ac: Área de sección de acero

363

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

Asstirrups: rea de refuerzo de acero de estribos. d: Profundidad efectiva snom: Separación nominal de estribos Scalc: Separación calculada de estribos vt: Cortante producido por Torsión v: Cortante del concreto vs: Cortante absorbido por estribos Al: Acero longitudinal adicional para Torsión. Snom: Separación nominal de estribos Scalc: Separación de estribos calculada Tn: Torsión Nominal Vn: Cortante nominal

364

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

365

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

366

Capítulo 24: Diseño de vigas de hormigón armado

367

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

Esta sección describe el proceso de diseño de columnas de hormigón armado sujetas a carga axial y momentos flectores mediante RAM Advanse, que permite un diseño fácil y rápido.

Pasos de diseño

Introducción de datos El usuario debe introducir todo los datos requeridos relativos a las propiedades del material, geometría y parámetros de diseño, que pueden ser modificados en cualquier momento antes y después del análisis. Vea el capítulo de Módulos de Detallamiento para más detalles sobre el manejo y organización general de los diferentes módulos de diseño.

¡Importante!

Todos los datos de entrada pueden modificarse en el módulo de detallamiento. Sin embargo, las modificaciones que se hagan en el módulo no serán reflejadas de vuelta en el modelo. Se sugiere entonces, que cuando se haga uso del módulo desde el programa principal estos datos sean aplicados en el modelo antes de llamar al módulo de detallamiento.

2) Optimización del refuerzo Este proceso define el refuerzo tanto longitudinal como transversal de la columna, de manera tal que se satisfaga ciertas condiciones como ser: espaciamiento mínimo, cuantía mínima, armadura provista mayor a la requerida, etc.

La armadura es calculada para las dimensiones actuales de la columna que son introducidas por el usuario.

3) Verificaciones El último paso es el de la verificación y se ejecuta al presionar el botón Verificar diseño. El programa realiza una serie de comprobaciones que atañen al buen comportamiento de la columna frente a las cargas de diseño.

Notas Técnicas

1) Generalidades Las características generales del módulo son:

• Diseño tanto de columnas a compresión como de columnas a tensión

• Consideración de secciones rectangulares y circulares

• Diagramas de interacción: curvas y superficies de interacción.

• Consideración del tipo de riesgo sísmico 369

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

• Opción para exportar los gráficos principales como DXF

• Reporte detallado

2) Limitaciones Los aspectos no cubiertos son:

• Diseño a torsión de la columna

3) Normas de diseño Las versiones de las normas consideradas en la presente versión son:

• ACI 318-05. American Concrete Institute Building Code Requirements for Structural Concrete. (ACI 2005).

• BS 8110: 1997. British Standard for Estructural use of concrete 1997, que incluye la revisión de 30/11/2005.

4) Cargas La columna es diseñada para resistir las cargas mayoradas en su sección transversal. Todas las combinaciones de carga necesitan ser generadas por el usuario, de acuerdo a la norma aplicable. El usuario puede considerar algunas o todas las condiciones de carga cuando ejecuta el diseño.

Notas Técnicas ACI 318-05 Esta sección describe como se han aplicado en RAM Advanse las especificaciones para diseño de columnas de la versión 2005 de la norma norteamericana para hormigón estructural dado por el Instituto Americano del Concreto.

1) Diseño del refuerzo longitudinal El refuerzo longitudinal se diseña para resistir tanto las fuerzas axiales como los momentos flectores. Se han considerado las siguientes hipótesis:

• Diseño de resistencia última.

• La deformación unitaria del hormigón es proporcional a la distancia al eje neutro.

• Máxima deformación unitaria del hormigón εmáx = 0.003

• La fuerza de compresión del hormigón se calcula utilizando el bloque rectangular equivalente para esfuerzos propuesto por Whitney, integrando el área en compresión.

• El diagrama de esfuerzo-deformación del acero es elasto-plástico, es decir el esfuerzo del acero varía linealmente hasta alcanzar la fluencia y luego permanece constante.

• Módulo de elasticidad del acero E = 29000 ksi.

• El esfuerzo en la armadura es calculado basado en la deformación unitaria del centroide de cada barra de refuerzo.

• Todos los momentos están referidos al centroide geométrico de la sección , no considerando el refuerzo.

• La resistencia nominal de la sección se calcula con los siguientes factores de minoración de resistencia:

370

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

φ = 0.9 Secciones controladas a tensión

φ = 0.7 Secciones controladas a compresión para miembros con refuerzo de confinamiento en espiral.

φ = 0.65 Secciones controladas a compresión con otro tipo de refuerzo (estribos).

Para casos intermedios, φ puede incrementarse linealmente a 0.90 a medida que φ*Pn disminuye de 0.10*fc’*Ag o φ*Pb (fuerza axial nominal en condiciones balanceadas), cualquiera que sea menor, a cero.

• Si el refuerzo es menor al 1% (cuantía mínima sugerida), se realiza el cálculo de forma similar con la resistencia especificada del hormigón, desplegándose un mensaje de advertencia.

• Se ignora la resistencia a tracción del hormigón.

Los factores de reducción de resistencia utilizados están de acuerdo a la especificación 9.3 de la norma.

2) Efectos de esbeltez El código especifica que los efectos de esbeltez en columnas deben ser considerados con las directivas de las secciones 10.10.1 o 10.10.2 del código ACI 318-05.

El diseño se realiza utilizando el método aproximado de magnificación de momentos, considerando un análisis no lineal y los efectos de segundo orden (P-∆). Un análisis de segundo orden es un análisis del pórtico que incluye el efecto en los esfuerzos internos resultantes de las deformaciones y está basado en la rigidez real del elemento. El efecto P-( para la columna utiliza factores de amplificación de momentos locales según sea un pórtico intraslacional (10.12.3) o un pórtico traslacional (10.13.4) para reflejar la tendencia y la curvatura de la columna debido a cargas laterales y fuerzas verticales.

Importante: El código ACI 318-05 establece que columnas con k*lu/r >100 necesitan ser diseñadas de acuerdo a 10.10.1. Esto no se puede efectuar con el programa, por lo que se despliega un mensaje de advertencia.

Para el análisis de pórticos traslacionales, el programa considera las columnas como elementos individuales en compresión y no considera los efectos de esbeltez si se cumplen las condiciones de la sección 10.13.2. El cálculo de momentos en los extremos de la columna de un pórtico traslacional no son adicionados a los momentos intraslacionales (de un análisis de primer orden) de la misma columna, sin embargo el usuario puede volver a realizar el análisis y adicionar a los momentos obtenidos con un análisis P-∆ antes de realizar el diseño.

El usuario tiene la responsabilidad de decidir si los elementos a diseñar pertenecen a un pórtico traslacional o intraslacional. El criterio dado en 10.11.4.1 puede ser útil para ayudar a tomar una decisión al respecto.

Los efectos P-∆ debidos a la traslación se obtienen automáticamente a partir de los resultados del análisis de segundo orden realizado en el programa. Previamente se debe definir los factores de reducción de inercia de las secciones, de esta manera se representa la rigidez de los miembros antes de la falla, considerando la fisuración de la sección (10.11.1). La inercia debe ser modificada dividiendo por un coeficiente (1 + βd) según la ecuación (10-12).Se puede asumir un valor de βd=0.6 pero, este valor puede variar si se desea considerar cargas laterales permanentes en pórticos traslacionales como se describe en el código (R10.13.4.1).

Los diagramas de flujo incluídos al final de éste capítulo muestran los algoritmos del diseño de columnas y las consideraciones de la esbeltez.

371

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

3) Diseño a flexión Habiendo determinado los momentos ampliados por esbeltez para diseño, se procede a calcular el área de refuerzo requerida (As); utilizando una determinación exacta de los límites de interacción momento - carga axial (P-M) del diseño de columnas. Esta metodología involucra un procedimiento de aproximaciones sucesivas para establecer un equilibrio de momentos. Como se ilustra en los diagramas de flujo, esto involucra tanto una traslación como rotación del eje neutro hasta obtener el equilibrio. El procedimiento utiliza las propiedades reales de la sección entera y la distribución de armadura introducida por el usuario en la Pantalla de Datos. El programa verifica, también, si el área de refuerzo se encuentra dentro del rango entre la cuantía máxima y mínima permitida dada por la norma o adoptada por el usuario. También calcula los momentos nominales de la sección con el refuerzo adoptado y determina si la sección es capaz de resistir los momentos impuestos. La demanda o relación de resistencia se define como la relación entre la solicitación actuante en la columna dividida entre el factor de minoración de resistencia (φ) y su capacidad nominal (de carga axial o de momento), que se ilustra en el siguiente gráfico. Note que φ queda definido por los valores de Mu y Pu.

Diagrama de interacción de la columna.

La demanda o relación de resistencia para una solicitación dada, se define como sigue:

• La relación entre las distancias O-C y O-D para carga axial de compresión. Si la carga axial fuere de tensión, la relación viene dada por las distancias O-C y O-E.

• La razón entre las distancias O-A y O-B para el momento flector.

La condición gobernante para flexión se define como la condición con la mayor demanda. Si Pu > Plim, entonces la capacidad de la columna para carga axial se reducirá al valor de Plim.

RAM Advanse permite realizar los diagramas de interacción y las superficies de interacción, una vez que el usuario ha definido la armadura de la columna. Un diagrama de interacción biaxial ilustra la 372

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

máxima carga axial excéntrica que una sección puede resistir, o lo que es lo mismo la máxima carga axial combinada con un momento flector en cualquier dirección del eje neutro.

4) Diseño a corte El diseño a corte se efectúa de acuerdo al Capítulo 11 del Código. Se considera el corte en ambos ejes, pero la torsión no es tomada en cuenta en el diseño de los estribos.

El programa considera las cargas máximas mayoradas (Vu) que se ubican a una distancia d a partir del paramento de la base de acuerdo a la sección 11.1.3.1. La resistencia nominal a corte del hormigón sujeto a tracción se toma de acuerdo a la ecuación (11-8). Los detalles del diseño adoptado se presentan en los diagramas de flujo.

5) Requerimientos especiales para diseño sismo - resistente El usuario puede especificar uno de los tres grados de riesgo sísmico para el diseño:

• Riesgo sísmico bajo donde no existen requerimientos especiales a considerar.

• Riesgo sísmico moderado donde se incluyen estructuras de comportamiento sísmico intermedio.

373

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

• Riesgo sísmico alto donde se incluyen estructuras de comportamiento sísmico de alto rendimiento.

Esta versión del programa considera los requerimientos dados en la sección 21.4.5 del presente código para el caso de riesgo sísmico alto. En dicha sección se especifica que el diseño a corte debe efectuarse sobre la base de la resistencia a flexión de las columnas.

El largo (Lo) medido a partir de la cara de la base y la distancia máxima entre estribos para ésta longitud (So) se calculan de acuerdo a 21.12.5 para riesgo moderado y de acuerdo a 21.4.4 para riesgo alto. Los diagramas de flujo incluidos dan más detalles de las medidas consideradas al respecto.

Notas Técnicas BS-8110 Esta sección describe como se han aplicado en RAM Advanse las especificaciones para el diseño de columnas de la versión 1997 de la norma Británica para hormigón estructural dado por el código Británico Standard 8110.

Algunas consideraciones para el diseño en RAM Advanse con el código BS-8110 se presentan a continuación.

1) Diseño del refuerzo longitudinal El refuerzo longitudinal se diseña para resistir tanto las fuerzas axiales como los momentos flectores. Se han considerado las siguientes hipótesis:

• Diseño de resistencia última.

• La deformación unitaria del hormigón es proporcional a la distancia al eje neutro.

• Máxima deformación unitaria del hormigón εmáx = 0.0035

• La fuerza de compresión del hormigón se calcula utilizando una relación parabólica entre el esfuerzo y la deformación propuesta por el código en el estado de carga último.

• El diagrama de esfuerzo-deformación del acero es elasto-plástico, es decir el esfuerzo del acero varía linealmente hasta alcanzar la fluencia y luego permanece constante.

• El esfuerzo en la armadura es calculado basado en la deformación unitaria del centroide de cada barra de refuerzo.

• Todos los momentos están referidos al centroide geométrico de la sección , no considerando el refuerzo.

• Se utilizan factores de seguridad para la resistencia de los materiales y se mayoran las cargas aplicadas.

• La cuantía mínima es 1% y una cuantía máxima de 6%.

• Si el refuerzo es menor al 1% (cuantía mínima sugerida), se realiza el cálculo de forma similar con la resistencia especificada del hormigón, desplegándose un mensaje de advertencia.

• Se ignora la resistencia a tracción del hormigón.

• La carga axial balanceada de diseño puede ser tomada como 0.25fcubd.

Los factores de seguridad de la resistencia de materiales se define según el código BS-8110 Sec 2.4.4.1.

374

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

2) Efectos de esbeltez El código especifica que los efectos de esbeltez en columnas deben ser considerados con las directivas de la sección 3.8.1 del código BS-8110.

Momentos adicionales inducidos por la deflexión deben ser considerados. En ninguna sección de la columna se debe tomar el momento de diseño como menor al producido por la carga ultima de diseño y la excentricidad mínima igual a 0.05 veces la dimensión de la columna en el plano de pandeo y no mayor a 20mm, sección 3.8.2.4.

Los momentos adicionales de diseño son inducidos por la deflexión de la columna. Para el diseño de la columna se calcula el momento total de la columna, como el valor máximo entre el momento actuante en los extremos de la columna, el momento inducido por la deflexión más el momento inicial, que es el máximo momento en la sección crítica calculado para un estado último de diseño.

Importante: Generalmente altura libre entre las restricciones no debe exceder 60 veces el espesor mínimo de la columna, sección 3.8.1.7.

El usuario tiene la responsabilidad de decidir si los soportes pertenecen a un pórtico traslacional o intraslacional.

Los momentos M1 y M2 en los extremos de la columna son por lo tanto obtenidos directamente del análisis, M1 es el menor momento inicial, M2 es el mayor momento inicial.

El cálculo de la deflexión para columnas arriostradas se realiza con la ecuación 32 del código BS-8110, y la ecuación 37 en el caso de columnas no arriostradas. Esto influye en el cálculo del momento adicional, que se suma al momento inicial para calcular el momento total de diseño de columnas considerando la esbeltez.

3) Diseño a flexión Con los momentos totales considerando la esbeltez para diseño, se procede a calcular el área de refuerzo requerida (As); utilizando una determinación exacta de los límites de interacción momento - carga axial (P-M) del diseño de columnas. Esta metodología involucra un procedimiento de aproximaciones sucesivas para establecer un equilibrio de momentos. Como se ilustra en los diagramas de flujo, esto involucra tanto una traslación como rotación del eje neutro hasta obtener el equilibrio. El procedimiento utiliza las propiedades reales de la sección entera y la distribución de armadura introducida por el usuario en la Pantalla de Datos. El programa verifica, también, si el área de refuerzo se encuentra dentro del rango entre la cuantía máxima y mínima permitida dada por la norma o adoptada por el usuario. También calcula los momentos resistentes de la sección con el refuerzo adoptado y determina si la sección es capaz de resistir los momentos actuantes.

4) Diseño a corte El diseño de corte en columnas se debe realizar según la sección 3.4.5.12 del presente Código. Para secciones rectangulares en compresión. No se requiere ninguna verificación si el momento entre la fuerza axial no excede de 0.6h. En ningún caso el esfuerzo cortante debe exceder del valor máximo establecido por el código de (0.8*SQRTfcu) o 5N/mm2.

375

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

ACI 318-05 Diagramas de Flujo

376

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

377

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

378

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

379

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

380

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

381

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

382

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

383

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

384

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

385

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

BS-8110 (1997) Diagramas de Flujo

386

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

387

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

388

Capítulo 25: Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado

389

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

Capítulo 26: Diseño zapatas

Esta sección describe el proceso de diseño de zapatas de hormigón armado mediante RAM Advanse, que permite un diseño fácil y rápido.

Modelación suelo-fundación-estructura El modelo debe ser analizado adecuadamente antes de proceder con el diseño de la fundación, para ello el análisis debe considerar la interacción suelo – estructura, según el tipo de zapata aislada que vaya a utilizarse.

Un análisis de interacción suelo-estructura toma en cuenta el empleo de resortes adecuados para todas las situaciones que incluyen columnas excéntricas o cuando las propiedades dinámicas de la estructura son influidas por la interacción suelo – estructura.

La introducción de datos para esta modelación, se describe mas abajo en: Herramientas de modelación suelo-estructura con los métodos recomendados por RAM-Advanse para modelar la interacción suelo – estructura y sus implicaciones en el diseño de las fundaciones: dimensionamiento y verificaciones.

Para más información acerca de los conceptos básicos para la modelación suelo-fundación-estructura y la utilización de esta herramienta, ver apéndice A: Teoría de la interacción suelo-estructura al final de este capítulo.

Pasos de diseño

Introducción de datos Esta se realiza a través de ventanas desplegables en caso de múltiples opciones o mediante teclado. Todos los datos de entrada como las propiedades del material, geometría y parámetros de diseño pueden ser modificados en cualquier momento antes y después del análisis. Vea el capítulo de Módulos de Detallamiento para más detalles sobre el manejo y organización general de los diferentes módulos de diseño.

2) Dimensionamiento Este paso tiene como fin determinar las dimensiones básicas de la geometría de la zapata y consiste en la definición de las dimensiones de la base y de altura, las cuales son calculadas al mismo tiempo, mediante el botón Sugerir dimensiones de la base situado en la parte superior de la pantalla del módulo de detallamiento.

Este botón calcula las dimensiones mínimas en planta de la base de forma tal que los esfuerzos en el suelo sean menores a los admisibles y obtiene la altura la zapata con la cual no será necesario el uso de refuerzo especial para corte o punzonamiento.

391

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

3) Optimización del refuerzo Este proceso define el refuerzo tanto longitudinal como transversal de la zapata, de manera tal que se satisfaga ciertas condiciones como ser: espaciamiento mínimo, cuantía mínima, armadura provista mayor a la requerida, etc.

La armadura es calculada para las dimensiones actuales de la zapata, ya sean estas las obtenidas en el paso anterior o las introducidas por el usuario de acuerdo a su criterio.

4) Verificaciones El último paso es el de la verificación y se ejecuta al presionar el botón Verificar diseño. El programa realiza una serie de comprobaciones que incluyen la estabilidad de la cimentación.

Notas Técnicas

1) Generalidades Las características generales del módulo son:

• Análisis y diseño tanto de zapatas aisladas como de zapatas combinadas

• Consideración de tres tipos de columnas: de concreto, columna metálica y pedestal

• Diseño según la normas ACI 318-05 y BS-8110

• Diseño del pedestal

• Diseño de zapatas a tracción

• Introducción gráfica de la geometría de la zapata

• Ayudas de contexto sensitivas

• Análisis y diseño considerando el suelo sobre la fundación

• Diagrama FEM de la tensiones sobre el suelo y asentamientos de la base

• Incluye diagramas de momentos y cortantes

• Consideración de diferentes teorías para calcular la capacidad portante del suelo (Vesic, Hansen y Meyerhof)

• Opción para exportar los gráficos principales como DXF

• Opción para salvar datos y resultados

• Reporte detallado

2) Limitaciones Los aspectos no cubiertos son:

• La posibilidad de colocar refuerzo de corte en la zapata

• Detallamiento de zapatas con columnas de medianera o de esquina para cargas de consideración.

392

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

3) Normas de diseño Las versiones de las normas consideradas en la presente versión son:

• ACI. American Concrete Institute Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI 318-05 (ACI 2005).

• BS-8110(1997). British Standard for Structural use of concrete 1997, que incluye la revisión de 30/11/2005.

4) Cargas Las zapatas son diseñadas para resistir las cargas mayoradas y las reacciones inducidas, pero las condiciones de servicio se verifican igualmente en la parte concerniente a los esfuerzos y asentamientos del suelo. Todas las combinaciones de carga (factorizadas y de servicio) necesitan ser generadas por el usuario, de acuerdo a la norma aplicable. El usuario puede considerar algunas o todas las condiciones de carga cuando ejecuta el diseño.

Para el cálculo de las presiones sobre el suelo, las cargas a considerar son las transmitidas por la columna a la base (cargas aplicadas), el peso propio de la zapata y el peso del relleno de suelo (este ultimo es configurable). Sin embargo, solamente las cargas aplicadas son consideradas cuando se ejecuta el diseño de zapatas.

5) Análisis Se ha adoptado un método numérico para encontrar la distribución de esfuerzos en el suelo, el cual considera que el suelo es un material elástico representado por el coeficiente de balasto (ks). Se asume que la zapata es infinitamente rígida y que la distribución de esfuerzos en el suelo es lineal. Debido al método de integración numérica adoptado, los esfuerzos en el suelo pueden diferir hasta en un 3% con relación a soluciones exactas.

6) Verificación contra el deslizamiento, vuelco y capacidad portante Toda fundación debe tener las siguientes verificaciones:

6.1) Deslizamiento

Este es producido por fuerzas laterales actuantes sobre la zapata. Cualquier empuje pasivo que se desarrolle en el suelo al frente de la zapata puede colaborar contra el deslizamiento siempre y cuando se garantice su permanencia (por ejemplo cuando el suelo sobre la zapata se encuentra cubierto por pavimento o por una calzada). Debe cumplirse:

(Fr+Pp)/H = FS

Donde:

FS = factor de seguridad al deslizamiento

Fr = fuerza de fricción y adhesión de la base

Pp = empuje pasivo

H = Resultante de las acciones horizontales actuantes en la fundación

Para estimar el empuje pasivo y la capacidad portante del suelo se adopta coeficientes de minoración de resistencia que se aplican a la fricción como a la cohesión. Los factores que normalmente se adoptan son: para el ángulo fricción 0.67 y para la cohesión 0.50.

393

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

6.2) Vuelco

La verificación a vuelco implica considerar los momentos actuantes, por ejemplo, alrededor del punto O. Estos momentos pueden ser equilibrantes (si colaboran a la estabilidad de la zapata) y volcadores (si tienden a volcar la base).

Debe cumplirse:

(Wc+Ws+P)*x/M = FS

Donde:

FS = factor de seguridad al vuelco

Wc = peso de la fundación

Ws = peso del suelo sobre la fundación

P = carga vertical

M = momento flector actuante sobre la base de la zapata

x = distancia al punto O.

En la ecuación de arriba, el numerador representa a los momentos estabilizadores y el denominador a los momentos volcadores; y de existir fuerzas horizontales (los cuales producen momento), estas deben ser incluidas en el momento de vuelco.

No es buena práctica proyectar zapatas con la resultante actuando fuera del tercio central de la zapata (núcleo de la base), puesto que se incrementa notablemente las tensión máxima en punta, con el inconveniente de producir asentamientos diferenciales que pueden inclinar la zapata. 6.3) Capacidad portante o presión admisible del suelo

Es importante recordar que la presión admisible del suelo considera tanto a la capacidad portante como a los asentamientos del suelo. Algunas veces esta presión admisible se proporciona al usuario y puede ser usado directamente. Sin embargo, si el usuario dispone de la suficiente información del suelo, se recomienda usar la opción incluida para el cálculo de la capacidad portante con las ecuaciones propuestas por Hansen, Meyerhof o Vesic (esta opción considera las fuerzas actuantes en la fundación y las condiciones específicas del entorno como la pendiente del suelo, el nivel freático, etc.).

394

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

El cálculo de la capacidad portante toma en cuenta el peso del suelo aledaño, la cohesión y la presión lateral. Estos tres componentes son afectados además por factores de corrección que consideran la forma de la zapata, la excentricidad e inclinación de las cargas y la profundidad de la fundación. Se debe notar que no se puede adoptar factores de inclinación y excentricidad simultáneamente y que los factores no considerados adoptan un valor unitario. Adicionalmente se considera también la profundidad del nivel freático que afecta al peso unitario del suelo y a los esfuerzos del mismo. Sólo se considera un estrato uniforme de suelo.

Cualquier método para obtener la capacidad portante permite sólo estimar esta y por ello la elección del método depende exclusivamente del criterio del usuario y de la familiaridad con el mismo. Las diferencias entre los métodos adoptados se encuentran principalmente en los factores de corrección. Para más información respecto a las ecuaciones de capacidad portante se dan las siguientes referencias:

1) Bowles, Joseph E., Foundation Analysis and Design 5ta Edición, Mc Graw Hill, New York, 1995

2) USA Corps of Engineers, Engineering and Design - Bearing Capacity (EM 1110-1-1905), 1992. De libre acceso en /www.usace.army.mil/inet/usace-docs/eng-manuals

7) Diseño El diseño a rotura se realiza considerando la flexión y el corte.

Las siguientes figuras describen la ubicación de las secciones críticas adoptadas en el diseño según el código ACI 318-05.

Con relación al diseño a flexión, el máximo momento de diseño se calcula en secciones críticas ubicadas coincidentemente a los paramentos del soporte si el soporte es de concreto reforzado (figura a). Para columnas metálicas y muros de mampostería se toma las secciones de referencia estipuladas en ACI318-05 sección 15.4.2. La Distribución de la armadura será siempre uniforme en la dirección paralela al lado mayor (armadura longitudinal) ver ACI318-05 sección 15.4.4.1. Para la dirección paralela al lado menor se respeta lo dispuesto en la sección 15.4.4.2 del mencionado código.

La resistencia lineal a corte se verifica en las secciones críticas ubicadas a una distancia d a partir del paramento del soporte (figura b) y la resistencia a punzonamiento en una sección perimetral ubicada a una distancia d/2 alrededor de las caras del soporte (figura c). Siendo d la altura efectiva promedio de la zapata.

395

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

El anclaje de las armaduras en la zapata se calcula de acuerdo al Capítulo 12 de la norma y las secciones críticas consideradas son las mismas del diseño a flexión (ver figuras anteriores). El refuerzo de espera se calcula considerando la longitud de empalme y el anclaje mínimo necesario dentro de la zapata considerando tensión o compresión en las barras. Cuando el refuerzo está sólo en compresión se adopta una longitud de anclaje recta, pero cuando el refuerzo está en tracción se toma en cuenta un gancho de anclaje. Ambas longitudes se muestran en el reporte, pero dependiendo de la opción elegida el programa verificará si se tiene el espacio necesario para el anclaje. Vea ACI318-05 y los diagramas de flujo incluidos al final del capítulo para más detalles.

Las secciones críticas tanto a flexión y a corte son las mismas que las dispuestas en ACI, pero no es así pare el caso de punzonamiento donde la sección critica perimetral se encuentra a 1.5d del paramento de la columna.

La armadura se distribuye de acuerdo a lo expuesto en BS-8110 sección 3.11.3.2 con la limitación de que no se concentra el refuerzo para la armadura longitudinal (si es que así lo requiriera el caso).

Herramientas de modelación suelo - estructura Una vez conocidas las provisiones de la norma para el diseño de zapatas, es recomendable seguir el procedimiento descrito a continuación, para la modelación suelo-fundación-estructura en el diseño de fundaciones.

Esta modelación se realiza mediante una herramienta especial que ayuda en la introducción de datos de la modelación de zapatas a través de resortes. Los conceptos básicos para el uso de esta herramienta se encuentran en el Apéndice A, al final de este capítulo.

Primero seleccione los nudos de soporte donde se ubicarán las zapatas. Presione el botón de Modelar zapatas mostrado a continuación para calcular las constantes de los resortes.

396

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

Presione el botón indicado para modelar las zapatas en los nudos seleccionados.

La ventana de diálogo que aparece se muestra a continuación.

Información requerida para modelar zapatas.

Posición de la columna El programa permite elegir nueve posiciones diferentes de la columna respecto a la zapata. Seleccione el botón que mejor refleje la posición de su soporte.

Tipo de suelo – Coeficiente de Balasto Seleccione el tipo de suelo que se acerque más al del proyecto. Esta selección se utiliza para establecer el valor del coeficiente de balasto. Ud. también puede introducir cualquier valor que juzgue apropiado con la opción ‘Usar’.

Método de resortes La zapata se modela con tres resortes, uno translacional (kt) y dos rotacionales (kxx, krzz). Existen dos métodos disponibles para calcular las constantes de los resortes, los cuales se describen a continuación. Observe que para borrar resortes y el trecho rígido tiene que seleccionar la opción ‘Remover resortes’ y asegurarse que la zapata esté centrada.

Método Directo kt = ks * B* L

krxx = ks*B*L3/12

krzz = ks*L*B3/12

397

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

Donde ks es el coeficiente de balasto (Fuerza/Area por unidad de longitud de asentamiento p. ej. kip/ft2/ft). Para el cálculo de Kr se asume que ks es uniforme bajo toda el área de la base de la zapata. La deducción de la constante kr es como sigue:

Parámetros que intervienen en la rotación y cálculo de las constantes de los resortes.

Constante del resorte vertical:

kt = ks * B* L

Para la rotación alrededor del eje zz:

tan θ = (δ2 - δ1) / B

Considerando que θ es pequeño, tan θ = θ, entonces:

θ = (δ2 - δ1) / B [Ec. I]

El cambio de tensión bajo la esquina de la zapata es igual al momento dividido entre el módulo de sección de la zapata, es decir

Mzz*(B/2)/(L*B3/12) = 6*Mzz/(B2*L)

De la definición de coeficiente de balasto:

ks = σ / δ [Ec. II]

La tensión en el suelo puede calcularse considerando el análisis convencional de zapatas rígidas a partir de principios de resistencia de materiales para flexión biaxial y compresión:

σ 1 = N/(B*L) - 6*Mzz/(B2*L) σ 2 = N/(B*L) + 6*Mzz/(B2*L) [Ec. III]

Substituyendo Ec. III en Ec. II se tiene:

δ1 = (N/(B*L) - 6*Mzz/(B2*L) )/ks

δ2 = (N/(B*L) + 6*Mzz/(B2*L) )/ks

Reemplazando estas últimas en Ec.I se tiene:

θ = 12*Mzz/ks/(B3*L)

y siendo

krzz = Mzz/ θ

Entonces:

398

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

krzz = ks*L*B3/12

Finalmente:

krzz = kt*B2/12

Método de Taylor

Taylor, P. W. (1967) “Design of Spread Footings For Earthquake Loadings”, Proc. De la 5ta Conferencia de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones (SMFE), págs. 221-229.

Este método no asume una rigidez uniforme del suelo bajo la fundación, más bien se basa en los estudios realizados por P.W. Taylor como se referencia arriba. El método calcula la rigidez rotacional sobre la base de las propiedades del suelo y las dimensiones de la fundación. Las propiedades del suelo estan incorporadas y representadas en el coeficiente de balasto y de esta manera, éste es el único dato a ser introducido por el usuario.

Para la rotación alrededor del eje zz:

tan θ = (1-µ2)*Mzz*Iθ / (Es*B2*L)

Donde µ es el coeficiente de Poisson, Es el módulo de deformación del suelo e Iθ es un factor de influencia que puede ser expresado como:

Iθ = 16 / (π*(1+0.22*B/L))

para zapatas rígidas.

Considerando que θ es un ángulo pequeño, tan θ = θ, y la relación propuesta por Vesic para ks en función de Es vale:

ks = Es / (B*(1- µ 2))

Se tiene:

θ = Iθ*Mzz / (B3*L)

Y

krzz = Mzz / θ, entonces krzz = ks*L*B3/Iθ

Finalmente:

krzz = kt*B2/Iθ

¡Importante! Aunque Ud. provea al programa con éstos datos de la zapata y el suelo que son fundamentales, el programa no guardará esta información con el nudo. Por esto si se invoca nuevamente esta ventana de diálogo para el mismo nudo, no se tendrán necesariamente los mismos datos desplegados en pantalla y por la misma razón, estos datos no serán transferidos al módulo de detallamiento.

Con los datos provistos el programa calcula automáticamente las constantes de resorte requeridas y los trechos rígidos hasta el centro geométrico de la zapata. Las reacciones en el análisis se calculan entonces, en el centro geométrico de la zapata considerando el efecto de las rigideces vertical y rotacionales de la zapata en el comportamiento de la estructura.

399

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

(a) Zapata excéntrica con viga centrada. (b) Modelo a adoptar en el análisis estructural. El usuario puede utilizar ésta técnica de modelación para casos con vigas centradoras o con tirantes como se ilustra en la anterior figura.

Apéndice A: Teoría de la interacción suelo-estructura Para el caso de zapatas aisladas se tiene, en general, dos posibles situaciones como es el caso típico del soporte localizado en la parte central de la zapata y el caso menos frecuente del soporte localizado en un borde o arista de la zapata.

Zapata típica (Soporte en el centro de la zapata) Considere el siguiente sistema soporte - zapata:

Ejemplo de una zapata típica con el soporte localizado en el centro de la fundación.

En la realidad la zapata sufre una rotación cuando ésta es sometida a cargas laterales (vea el inciso (a) de la siguiente figura) y esto modifica el momento flector del pilar y la distribución de las tensiones en el suelo (b). Columnas articuladas (tales como columnas metálicas ubicadas en el centro de la zapata) no someten la zapata a cargas de momento, por lo cual no será necesario implementar un resorte en este caso.

400

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

• Rotación real de la zapata. b) Tensiones en el suelo.

Note que la zapata rota debido a la deformación diferencial del suelo bajo la base.

Si el usuario asume en el análisis que el soporte se encuentra restringido a la rotación, entonces las solicitaciones obtenidas en las columnas podrán ser conservadoras pero las deformaciones serán subestimadas. Por esto una técnica más adecuada necesitará considerar la interacción suelo-estructura, que es en este caso radica en el efecto del suelo en la traslación vertical y en la rotación de la zapata. Este fenómeno puede modelarse usando resortes que restrinjan la rotación y la traslación.

Modelo usando resortes que restringen la traslación y/o rotación de la zapata asumiendo

que el suelo es un material elástico.

Observe que la rotación de una zapata típica con el soporte ubicado en su centro y sometida a una carga predominantemente axial es pequeña y puede generalmente ser modelada por un apoyo empotrado donde la rotación y la traslación vertical del apoyo son despreciadas. Esto es también verdad para el caso de columnas articuladas localizadas en el centro de la zapata.

401

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

Modelo simplificado (apoyo empotrado). La rotación de la zapata es despreciada. La siguiente figura muestra las diferencias entre los dos modelos para un ejemplo típico con relación a los momentos flectores del soporte (unidades kip-ft).

Comparación entre el modelo con apoyo empotrado y el modelo de resortes. La diferencia entre los momentos flectores del soporte es pequeña en este ejemplo, situación que puede cambiar y que sólo se puede determinar aplicando ambos modelos independientemente.

Observe que el modelo simplificado (apoyo empotrado) sólo se puede aplicar si las rigideces del suelo y de la fundación son altas en comparación con la del pilar.

¡Importante!

En la siguiente sección se describirá como se puede calcular automáticamente en el programa las constantes de los resortes a rotación. Observe que este cálculo sólo es válido si toda la zapata permanece en contacto con el suelo para todas las combinaciones de carga consideradas. Si durante el diseño de la zapata se encuentra que esta condición no se cumple, el usuario es responsable de ajustar las rigideces de los resortes para modelar apropiadamente la interacción suelo – estructura. Esto puede requerir un cambio en la rigidez del resorte para cada combinación de cargas individual. Obviamente esto no es trivial y se recomienda que el levantamiento sea evitado siempre que sea posible.

402

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

Limitaciones de los dos modelos a) El modelo de resortes rotacionales es válido sólo si la base de la fundación se encuentra en pleno contacto con el suelo. b) El apoyo empotrado es válido cuando la rotación de la zapata es despreciable.

La secuencia de modelación puede resumirse como sigue:

1) Crear el modelo con resortes.

2) Realizar el análisis.

3) Diseñar las zapatas (Ver la sección del módulo de Diseño y Detallamiento)

a) Modelo aceptable cuando la rigidez de la fundación es grande con relación a la del pilar. b) Módulo requerido cuando la rigidez de la zapata afecta a los resultados analíticos, particularmente cuando el pilar es sometido a un momento significativo.

Zapatas excéntricas (Pilares localizados al borde de la zapata) Para ilustrar el impacto de la rotación en una zapata excéntrica se presenta el siguiente ejemplo:

El ejemplo tiene sólo carga axial en el soporte y La columna es continua (fija) a la zapata.

La carga axial (N) origina un momento de magnitud N*d

403

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

La carga axial origina un fuerte momento igual a (N*d)

En forma similar a las zapatas centradas, las zapatas excéntricas rotan debido al momento flector originado y ésta rotación afecta los momentos del pilar y la distribución de tensiones en el suelo. El soporte toma una porción del momento y el momento actuante sobre la zapata es menor a N*d. En caso de columnas articuladas, las cargas enteras axiales y de momento deben ser resistidas por la zapata.

a) Comportamiento real de la zapata

b) El soporte puede tomar una parte significativa del momento flector

c) El momento actuante en la zapata es menor al valor N*d (x es siempre menor a 1.0).

Si se ignora la rotación de la zapata se despreciará el incremento de momento flector en la columna y la reducción de momento en la zapata. Es por esto, que el modelo debe incorporar la excentricidad de la carga y la rotación de la zapata cuando esto sea apropiado. Por ello se recomienda utilizar un trecho rígido que vaya desde el eje de la columna al centroide de la zapata. Esta modelación será correcta cuando la zapata se comporte como un miembro rígido (la flexión en la zapata es despreciada en el análisis) y es la adoptada por RAM Advanse.

Esta técnica de modelación se ilustra en la siguiente figura.

La zapata se modela usando un trecho rígido que va hasta el centro geométrico de la zapata con sus respectivos resortes translacionales y rotacionales.

Cuando se modela una zapata excéntrica no se debe utilizar un apoyo empotrado, pues éste ignora el momento adicional que se presenta en las columnas como se ilustra a continuación.

404

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

a) Modelo de resortes inadecuado b) Modelo de apoyo empotrado inadecuado.

En el modelo de resortes válido que se mostró inicialmente, la columna tenía un momento flector diferente de cero y las tensiones en el suelo variaban linealmente bajo la fundación. En los modelos no válidos (de la anterior figura) las columnas no resistirán ningún momento flector y la resultante de la reacción de la zapata tendrá que coincidir con la línea de acción de la fuerza axial N. En este caso la distribución de las tensiones del suelo no coincide con el comportamiento real del sistema zapata-columna como se ilustra en la siguiente figura. Esto es obviamente correcto para un soporte de concreto pero puede ser incorrecto para un soporte de acero con una base articulada.

Momento flector en la columna y tensiones en el suelo a) para el modelo correcto de resortes considerando el caso de una columna y zapata de hormigón y b) para el caso de un modelo columna - zapata no válido.

Consecuentemente, el procedimiento correcto para el diseño de una zapata excéntrica con la columna empotrada a la fundación es como sigue:

1) Modelar la zapata con resortes incluyendo el trecho rígido.

2) Analizar la estructura.

3) Diseñar las fundaciones.

a) Ejemplo de una estructura con diferentes tipos de fundaciones.

405

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

b) Modelación de las zapatas mostradas en el cuadro anterior.

Observe los trechos rígidos en las zapatas excéntricas junto con los resortes.

Apéndice B: Diagramas de Flujo de Zapatas ACI 318-05 Los siguientes diagramas de flujo se presentan para mostrar al usuario los detalles y consideraciones de diseño que han sido incorporadas u omitidas en el programa en el diseño de zapatas aisladas.

Material: Hormigón Armado

Elemento: Zapatas

Norma: ACI 318-05

Hipótesis:

* El refuerzo adoptado considera por lo menos la cuantía mínima.

* El suelo bajo la zapata se considera elástico y homogéneo.

* Se considera una variación de presión en el suelo lineal, asumiendo por ejemplo una zapata rígida.

* Las cargas axiales, fuerzas de corte y momentos flectores introducidas por el usuario o leídas del análisis se asumen que se aplican en el centro geométrico de la columna.

* No se considera refuerzo para corte.

* La distancia libre entre barras o empalmes no debe ser menor a 2db y el recubrimiento libre no debe ser menor a db.

Datos: B: ancho de la zapata

bc: ancho de la columna (para secciones rectangulares) (bc=D para secciones circulares)

c: recubrimiento libre para el refuerzo longitudinal

D: diámetro de la columna (para secciones circulares)

db: diámetro de las barras de refuerzo de la zapata

dbc: diámetro mínimo de las barras longitudinales de la columna

dbs: diámetro de estribos (mínimo #3 para barras longitudinales #10 o menores y #4 en otros casos (7.10.5.1))

406

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

f´c: resistencia especificada a la compresión del hormigón

fy: resistencia especificada a la fluencia del refuerzo

k: coeficiente de balasto del suelo

hf: altura de la zapata

L: largo de la zapata

lc: largo de la columna (para secciones rectangulares) (lc=D para secciones circulares)

lwc: variable booleana (verdadera para hormigón liviano, falsa para concreto normal)

Mx,Mz: momento flector de servicio actuando en la zapata

Mmax: máximo momento mayorado de las diferentes combinaciones de carga consideradas

Mux,Muz: momento flector mayorado actuante en la zapata

P: carga axial de servicio en la zapata

pos: posición de la columna (1,2,...9)

Pu: carga axial mayorada en la zapata

Vxx,Vzz: fuerzas de corte de servicio en la zapata

Vmax: fuerza cortante máxima mayorada de las diferentes combinaciones de carga consideradas

Vuxx,Vuzz: fuerzas cortantes mayoradas en la zapata

φ: factor de reducción de resistencia (0.85 para corte, 0.90 para flexión)

γc: peso unitario del hormigón

γs: peso unitario del relleno

Cálculo de variables iniciales:

Ab1: sección de una barra, Ab=π*SQR(db)/4

dd: longitud máxima disponible para el desarrollo del anclaje

Resultados: Asxx, Aszz: área de refuerzo necesario área de refuerzo necesario en ambas direcciones (alrededor del eje x y del eje z)

ldbc La longitud mínima del refuerzo de espera para las columnas

Muxx, Muzz: momentos flectores mayorados en las secciones críticas de la zapata

Nbxx, Nbzz: número de barras necesarias en ambas direcciones

qmax,qmin,qav: esfuerzos totales del suelo para cargas de servicio

sxx, szz: distancia libre entre barras para ambas direcciones

Vcxx, Vczz, Vcxz: resistencia nominal a corte

Vuxx, Vuzz, Vuxz: fuerzas de corte mayoradas en las secciones críticas de corte de la zapata

407

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

408

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

409

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

410

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

411

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

412

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

413

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

Diagramas de Flujo de Zapatas BS-8110 Los siguientes diagramas de flujo se presentan para mostrar al usuario los detalles y consideraciones de diseño de zapatas bajo el código de diseño BS-8110

Material: Hormigón Armado

Elemento: Zapatas

Norma: BS-8110

Hipótesis: * El suelo bajo la zapata se considera elástico y homogéneo.

* Se considera una variación de presión en el suelo lineal, asumiendo por ejemplo una zapata rígida.

* No se considera refuerzo de corte ni cargas de tensión.

Datos: B: ancho de la zapata

bc: ancho de la columna (para secciones rectangulares) (bc=D para secciones circulares)

c: recubrimiento libre para el refuerzo longitudinal

D: diámetro de la columna (para secciones circulares)

db: diámetro de las barras de refuerzo de la zapata

dbc: diámetro mínimo de las barras longitudinales de la columna

dbs: diámetro de estribos

fcu: resistencia cúbica a la compresión

fy: resistencia especificada a la fluencia del refuerzo

k: coeficiente de balasto del suelo

hf: altura de la zapata (> 10 in, (15.7))

L: largo de la zapata

lc: largo de la columna (para secciones rectangulares) (lc=D para secciones circulares)

lwc: variable booleana (verdadera para hormigón liviano, falsa para concreto normal)

Mx,Mz: momento flector de servicio actuando en la zapata

Mux,Muz: momento flector mayorado actuante en la zapata

P: carga axial de servicio en la zapata

Tipo de zapata: centrada, izquierda, derecha inferior, superior, superior izquierda, inferior izquierda, etc.

Pu: carga axial mayorada en la zapata

Vxx,Vzz: fuerzas de corte de servicio en la zapata

Vuxx,Vuzz: fuerzas cortantes mayoradas en la zapata

γc: peso unitario del concreto 414

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

γs: peso unitario del suelo sobre la fundación

γm: Factor de reducción para el concreto y el acero.

Cálculo de variables iniciales:

Ab1: sección de una barra, Ab=π*SQR(db)/4

dd: longitud máxima disponible para el desarrollo del anclaje

Resultados: Asreq área de refuerzo requeridos

Muxx, Muzz: momentos flectores mayorados en las secciones críticas de la zapata

qprom, qmax: esfuerzos totales promedio y máximo del suelo para cargas de servicio

v, vc: esfuerzos de corte y punzonamiento

415

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

416

Capítulo 26: Diseño y detallamiento de zapatas

417

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Esta sección describe las opciones disponibles en RAM Advanse para diseñar y detallar miembros de madera utilizando los módulos de diseño y detallamiento. Estos módulos incluyen el diseño de miembros de acuerdo a la norma NDS, adoptando el Método ASD (por su sigla en inglés) de Esfuerzos Admisibles o el método de límite último LRFD (por su sigla en inglés).

Los miembros de madera se diseñan de acuerdo a la siguiente norma de diseño norteamericana:

• National Design Specification - 2005 Edition - American Forest & Paper Association - American Wood Council.

Datos de diseño de miembros de madera Para poder utilizar el módulo de diseño de madera, los miembros de madera deben estar agrupados por "Descripción". Los parámetros de diseño como especie, grado, condiciones de humedad, etc. son especificados para cada grupo. Los datos pueden ser ingresados de dos formas:

• Hoja de parámetros de diseño

• Módulo de detallamiento de madera

La hoja de parámetros de diseño está completamente integrada a RAM Advanse y será descrita posteriormente. El módulo de detallamiento de madera es un módulo independiente (los cambios se pierden cuando el módulo se cierra, y no se salvan con la estructura). El módulo de detallamiento también será descrito posteriormente en el presente capítulo.

Datos Requeridos:

Cargas Cargas y combinaciones de cargas deben ser generadas adecuadamente. Mientras que no es posible excluir ninguna condición de carga del análisis, es posible especificar las condiciones de carga a utilizarse para el proceso de optimización y el reporte.

Para más detalles, ver la sección de reportes y resultados más adelante en este capítulo.

Sección del miembro Un miembro es automáticamente considerado un "Miembro de Madera" cuando se le asigna una sección de madera. Normalmente, los nombres de secciones reflejan su forma y material.

419

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Ejemplo de asignación de una sección de madera a un miembro.

RAM Advanse se instala con una biblioteca de secciones de madera estándar. Estas secciones están agrupadas en carpetas.

Los siguientes grupos de secciones se instalan con el programa:

• Standard Dressed (S4S) Sawn Lumber (Madera Aserrada) Estas secciones incluyen tablones, vigas, secciones rectangulares de la Tabla 1B del suplemento de la NDS.

• Glulam (Madera Encolada) La Tabla 1C (Propiedades de Secciones de Especies del Oeste) y la Tabla 1D (Propiedades de Secciones de Pino del Sur) del mismo suplemento han sido adoptadas.

También es posible definir nuevas secciones rectangulares, circulares, I, además de secciones espaciadas y compuestas.

El tipo de la sección de madera se define con los macros para sección (archivos con el nombre del tipo de sección con la extensión .leo). En este archivo los comandos específicos para diseño de madera pueden ser ingresados como se indica a continuación:

CODE ‘WOOD’

//Esta palabra reservada indica que se trata de una sección de madera y que se diseñará de acuerdo a la norma NDS.

SHAPE ‘Rectangular’, ‘Circular’, ‘I’, o ‘Spaced’

420

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

//Indica el tipo de sección. Note que el programa sólo puede diseñar éstos tipos de sección.

FORMULATION ‘Lumber’ o ‘Glulam’

//Madera aserrada o madera encolada (solo se consideran secciones rectangulares de madera encolada)

Para más detalles ver el capítulo de Creación de Plantillas de Sección (especialmente las notas precedidas por ).

Materiales de madera El diseño de madera considera dos formulaciones o grupos como materiales para el diseño:

• Grupo Lumber

Incluye madera aserrada (vigas, etc.), maderas tipo MSR o MEL.

• Grupo Glulam

Madera encolada (laminada)

Es responsabilidad del ingeniero la asignación correcta del material considerando el tipo (viga o columna), cargas (i.e. momentos flectores positivos o negativos) y tamaño de los miembros (i.e. vigas o viguetas).

El material (madera) requerido puede asignarse a cada grupo de miembros de acuerdo a la definición dada por la descripción del miembro.

Primero seleccione el material de madera requerido (1) y luego aplique uno de los dos botones de herramientas disponibles (2) para asignar el material a uno o varios miembros de madera.

421

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Para editar o crear un nuevo material de madera, seleccione la opción Configuración/Bases de Datos - Materiales.

Luego, seleccione el material deseado o la opción Nuevo Material para definir un nuevo material.

Una ventana de diálogo se desplegará, donde las propiedades más importantes del material son ingresadas o modificadas.

Edite o ingrese las propiedades de diseño de madera.

Los datos requeridos para materiales de madera son:

422

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Especie Están incluidas las especies más comunes de Estados Unidos y de Canadá. A continuación se presenta la lista de estas especies.

Lumber (Madera Aserrada) : Alaska Cedar,

Alaska Hemlock,

Alaska Spruce,

Alaska Yellow Cedar,

Aspen,

Austrian Spruce,

Baldcypress,

Balsam Fir,

Beech-Birch-Hickory,

Coast Sitka Spruce,

CottonWood,

Douglas Fir/European Larch,

Douglas Fir-Larch,

Douglas Fir-Larch (North),

Douglas Fir-South,

Eastern Hemlock,

Eastern Hemlock-Balsam Fir,

Eastern Hemlock-Tamarack,

Eastern Hemlock-Tamarack (N),

Eastern SoftWoods,

Eastern Spruce,

Eastern White Pine,

Hem-Fir,

Hem-Fir (North),

Mixed Maple,

Mixed Oak,

Mixed Southern Pine,

Montane Pine,

Mountain Hemlock,

Northern Pine,

423

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Northern Red Oak,

Northern Species,

Northern White Cedar,

Norway Spruce,

Ponderosa Pine,

Red Maple,

Red Oak,

Red Pine,

RedWood,

Scots Pine,

Silver Fir,

Sitka Spruce,

Southern Pine,

Southern Pine-Dry,

Southern Pine-Green,

Southern Pine Misiones,

Spruce-Pine-Fir,

Spruce-Pine-Fir (South),

Western Cedars,

Western Cedars (North),

Western Hemlock,

Western Hemlock (North),

Western White Pine,

Western Woods,

White Oak,

Yellow Poplar

Glulam (Madera Encolada) : Hem-Fir

Douglas Fir-Larch

Southern Pine

Grades (Grados) Los grados (criterio de gradación de esfuerzos) adoptados son los más comunes y de mayor uso:

Select Structural, No.1, No.2, No.3, Stud, Construction, Standard, Utility, No.1 & Btr, Clear Structural, Select Structural OG, No.1 OG, No.2 OG, No.3 OG, Dense Select Structural, Non-Dense

424

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Select Structural, No.1 Dense, No.1 Non-Dense, No.2 Dense, No.2 Non-Dense, No.3 and Stud, Dense Structural 86, Dense Structural 72, Dense Structural 65, Clear Heart Structural.

Dos grupos especiales se han incrementado a los grados, los que son:

MSR (Machine Stress Rated Lumber)

MEL (Machine Evaluated Lumber)

Combination Symbol (Símbolo de combinación) Las propiedades de miembros laminados y encolados se definen por los símbolos de combinación. Los siguientes símbolos de combinación son instalados con el programa:

16F-V2, 16F-V3, 16F-V5, 16F-V6, 16F-V7, 20F-V2, 20F-V3, 20F-V4, 20F-V7, 20F-V8, 20F-V9, 22F-V3, 22F-V8, 24F-V2, 24F-V4, 24F-V8, 16F-E2,16F-E3, 16F-E6, 16F-E7, 20F-E2, 20F-E3, 20F-E6, 20F-E7', 22F-E1, 22F-E2, 22F-E4, 22F-E5, 22F-E6, 24F-E10, 24F-E11, 24F-E13, 24F-E14, 24F-E15, 24F-E18, 20F-V5, 22F-V1, 22F-V2, 22F-V4, 22F-V5, 24F-V1, 24F-V3, 24F-V5, 26F-V1, 26F-V2, 26F-V3, 26F-V4, 16F-E1, 20F-E1, 22F-E3, 24F-E1, 24F-E2, 24F-E4, 28F-E1, 28F-E2, 30F-E1, 30F-E2.

Miembros esforzados primariamente en tensión axial o compresión son también considerados. En este caso se usa el número de identificación para este campo:

1, 2, 3, 5, 14, 15, 16, 17, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 62, 63, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 47, 48, 49, 50, 53, 54, 55, 56, 57, 58.

425

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Parámetros de diseño

Antes de diseñar una estructura de madera, la duración de cada estado de cargas debe ser especificada.

Las siguientes categorías de duración de cargas están disponibles:

Duración de Cargas

Correspondiente Estado

de Cargas (Típico)

Permanente Carga muerta

Diez años Carga viva

Dos meses Carga de nieve

Siete días Carga de construcción

Diez minutos Viento/sismo

Impacto Carga de impacto

426

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Para el método LRFD, aunque el factor de efecto tiempo (Tabla N3) es función de la combinación de carga, se aplica usando las categorías de duración de cargas descritas, que es equivalente:

(Vea la edición de factores de ajuste para poder saber como cambiar estos valores.

Duración de Cargas

Factor de efecto tiempo

Permanente 0.60

Diez años 0.70

Dos meses 0.80

Siete días 0.80

Diez minutos 1.0

Impacto 1.25

Los parámetros de diseño deben especificarse antes de realizar el diseño. Para mayor información sobre la creación de miembros, puede ver el sistema de ayuda contexto sensitivo de RAM Advanse.

Hoja de parámetros generales de diseño

Restricción CLT (Continua a torsión lateral):

Esta bandera debe ser usada cuando el miembro está restringido lateralmente y no hay pandeo torsional lateral.

Factores de Longitud efectiva (Ky, Kx): Ky (K22) y Kx (K33) son los factores de longitud efectiva para la flexión respecto del eje menor y mayor. Si K tiene su valor por defecto (cero), el programa asume un valor de K=1.

Estos parámetros son función del tipo de estructura (arriostrada o libre), y la rigidez relativa del miembro en cuestión y de los miembros contiguos conectados (E*I/L).

El programa incluye una herramienta para calcular automáticamente los factores de longitud efectiva

K22 y K33 para madera ( ). Esta herramienta toma en cuenta los coeficientes de longitud de pandeo que se detallan en el apéndice G de la norma NDS. La siguiente tabla contiene los valores usados para varias condiciones considerando los ejes menor y mayor:

427

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Nudo 1 Nudo 2 Arriostrado

Valor de K

Fijo Fijo si 0.65

Fijo Articulado

si 0.80

Fijo Fijo no 1.2

Articulado Articulado

si 1.0

Fijo Libre no 2.1

Articulado Fijo no 2.4

Cualquier otra configuración no incluida en la tabla tendrá asignado un valor de 1.0.

La herramienta reconoce automáticamente si el extremo de un miembro es articulado, fijo o libre, incluso si está inclinado. Sin embargo, el usuario debe siempre revisar los valores calculados considerando que estos son sólo aproximaciones. Note que los miembros (de pórtico) contiguos siempre serán omitidos.

Longitudes sin arriostre (Lux, Luy): Estas distancias son medidas entre centros de gravedad de los miembros arriostrados en el eje 1-2 (débil) (L22 para flexión respecto a 2-2) y en el eje 1-3 (fuerte) (L33 para flexión respecto a 3-3) respectivamente.

Si L22 o L33 =0, el programa asume la longitud actual (L) entre nudos. Si, para el análisis, el miembro físico ha sido dividido, el valor de este parámetro debe reflejar la longitud real del miembro. Se considera que las zonas rígidas de extremo reducen el largo del miembro.

Bandera de Arriostre Lateral La bandera de arriostre indica si el miembro será considerado o no arriostrado contra el movimiento lateral (Si) o libre de moverse lateralmente (No). Este dato no tiene relación con la longitud libre del miembro, más bien con la habilidad de los extremos del miembro de trasladarse uno respecto del otro cuando están sujetos a cargas laterales.

La columna Braced2 se refiere al miembro que está arriostrado contra el desplazamiento lateral paralelo al eje 2. Normalmente la columna Braced2 se entiende como que el miembro está arriostrado al movimiento lateral en su "eje fuerte". De igual modo, la columna Braced3 se refiere al arriostre lateral en el "eje débil" o paralelo al eje 3. El valor de la variable afecta directamente al cálculo (a través de la herramienta disponible) de los factores de longitud efectiva (K).

428

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Hoja de parámetros de diseño para madera

Longitud efectiva del miembro a flexión (Le): Esta longitud (sin arriostre) se utiliza para la determinación de la relación de esbeltez (Rb) y el factor de estabilidad general de la viga (CL). Es también la longitud que está en compresión para cualquier estado de carga. El código NDS sugiere diferentes valores para voladizos y vigas de un solo tramo

dependiendo del tipo de carga (Tabla 3.3.3 de la Norma). La herramienta puede utilizarse para calcular automáticamente los valores para estos casos. Para el caso de varios tramos, el ingeniero debe de ingresar los valores apropiados en la hoja de datos.

El valor por defecto es cero (0) para el que el programa considere la formulación general para voladizos y vigas simples a flexión: Le=2.06*lu cuando lu/d<7, Le=1.63*lu+3*d cuando 7<=lu/d<=14.3 y Le=1.84*lu cuando lu/d>14.3, donde lu = longitud sin arriostre lateral del miembro en flexión y d = altura del miembro.

Condiciones de servicio Húmedo/Seco: Este parámetro define las condiciones de humedad para el cálculo de los factores de diseño o modificación Ct y CM. La norma NDS indica que este parámetro debe ser:

Sawn lumber (Madera Aserrada): Seco (0) para 19% o menos. Y Empapado o húmedo (1) para valores mayores a 19%.

Glulam (Madera Encolada): Seco (1) para 16% o menos. Empapado o húmedo (1) para valores mayores a 16%.

Condiciones de Temperatura: Se tienen tres niveles de temperaturas de servicio:

Temperatura Normal: T <100°F (38°C)

Temperatura Media: 100°F (38°C) < T <= 125°F(52°C)

Temperatura alto: 125°F < T <=150°F(66°C)

La mayoría de los casos corresponden al primer nivel. El nivel elegido afecta al cálculo del Factor de Temperatura Ct.

Para temperaturas sobre 150°F(66°C), una exposición prolongada puede ocasionar una pérdida permanente de resistencia, por lo que este caso no ha sido considerado por el programa.

Miembro Repetitivo: Esta bandera puede aplicarse a las cuerdas de las cerchas, etc. que se hallan en contacto o espaciadas no más de 24" centro-centro y cumplen las condiciones especificadas en la Sección 4.3.9 de la Norma.

Este influencia en el factor de miembro repetitivo (Cr) aplicado al tipo de madera Dimension Lumber (Madera Aserrada)

Largo del miembro en flexión entre dos puntos de momento cero (Li): Esta distancia debe ser ingresada sólo para miembros glulam (madera encolada). Se utiliza para el cálculo del Factor de Volumen (Cv).

429

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Si Li tiene su valor por omisión (0), el programa asumirá un valor para Li=L. Esta suposición es conservadora y la máxima diferencia con relación al valor exacto (calculado) de Cv está en el orden del 10%.

Método para el diseño

El método de diseño debe ser escogido antes de diseñar la estructura.

430

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Procesamiento posterior y Diseño dentro de RAM Advanse El procesamiento posterior y diseño básico se realiza luego del análisis. Los resultados pueden ser desplegados gráficamente o en forma de texto.

Reportes

Seleccione Reportes/Diseño de Madera para imprimir el reporte de madera.

Al seleccionar Reportes/Diseño de Madera se despliega la ventana con las opciones de reporte resumen o reporte extenso. Le permite elegir también las condiciones de carga a ser consideradas en el diseño y si líneas de separación serán impresas en el reporte.

Ventana de reportes de Madera.

431

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Despliegue gráfico de resultados Existen varias opciones para la verificación gráfica de la condición de los miembros de madera.

Opciones de despliegue de resultados del Diseño de Madera

Los resultados pueden ser desplegados en pantalla de las siguientes formas:

• Escala libre: Esta opción muestra los miembros en colores que representan los diferentes rangos de esfuerzos. El rango va de cero hasta el máximo valor y se consideran diez niveles.

• Escala fija: Esta opción muestra los miembros en colores que representan los diferentes rangos de los valores de interacción normalizados al rango entre 0.0 y >1.0.

• Condición de Diseño: Esta opción gráfica muestra todos los miembros como uno de dos tipos: los que satisfacen y los que no cumplen las verificaciones específicas de la Norma.

El usuario puede seleccionar un grupo de miembros y aplicar cualquiera de las opciones de despliegue descritas para el estado de cargas actual o para el estado de cargas gobernante.

Relación máxima de esfuerzos

Los miembros seleccionados serán coloreados con uno de los colores (de los nueve niveles) de esfuerzo cuando el botón está presionado. Estos colores representan 9 diferentes rangos de esfuerzos. Los rangos son calculados a través de la determinación del valor máximo de relación de esfuerzos para todos los elementos, y dividiendo este valor máximo en nueve rangos iguales. Los colores representan los valores de esfuerzos para el estado de cargas seleccionado. La correspondencia de colores y esfuerzos se muestra en una leyenda a un costado de la ventana gráfica.

Note que cuando se selecciona un grupo diferente de miembros, los rangos de colores son nuevamente calculados, pudiendo cambiarse el color de cualquier miembro para coincidir con la nueva escala de colores (esfuerzos). Esta opción se usa principalmente para detectar los miembros críticos dentro de un grupo dado.

Presione y para ver los rangos considerando el total de estados de carga, y no solo el estado actual de cargas. Para seleccionar los miembros dentro de un determinado rango, seleccione el rango

de esfuerzos en cuestión con el ratón y presione el botón .

432

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Es posible seleccionar los miembros dentro de un rango determinado de esfuerzos.

Presione para ver los valores de interacción de los miembros. El nombre del estado gobernante y su valor de interacción se desplegarán si se presiona el botón .

¡Importante! Las estructuras de madera pueden ser optimizadas. Para más detalles, por favor, revise el Capítulo 11. Para la optimización se sugiere evitar el mezclado de diferentes tipos de secciones (en la colección de optimizado) como ser dimension lumber (madera aserrada) y timber.

Control de Deflexiones El análisis estructural provee las bases para la determinación de las deflexiones de los miembros de madera. El programa considera la deformación por flexión y corte. La práctica usual en miembros de madera es calcular las deflexiones de largo plazo como un múltiplo de las deflexiones permanentes elásticas (vea la Sección 3.5 de la Norma NDS). Por lo tanto, el control de deflexiones se ha simplificado a la determinación de la deformación elástica calculada, la que el usuario debe de comparar con a la deflexión admisible determinada por el código de construcción correspondiente o los requerimientos específicos del miembro.

El usuario puede verificar las deflexiones utilizando la opción Imprimir-Resultados del Análisis-Deflexiones locales, la opción Imprimir-Diagramas de Fuerza-Pantalla-Traslación en 2, o presionando las opciones de despliegue .

Note que se puede incluir las verificaciones de deflexión en el proceso de optimización. Vea el capítulo de optimización en el presente manual para más detalles.

Módulo de Detallamiento Para detalles avanzados de diseño y detallamiento, el usuario puede utilizar el módulo de detallamiento de madera para un miembro específico.

Seleccione solo el miembro que desea diseñar y detallar antes de llamar al comando.

Seleccione el miembro de madera deseado.

433

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Ejecute el comando del menú Detallamiento-Madera como se ilustra.

Puede acceder directamente a la ventana de detallamiento de madera haciendo doble clic en el miembro de madera deseado.

Ventana de diálogo para detallamiento de Madera, para ingresar o editar los datos para las verificaciones de código del miembro.

La ventana incluye a la derecha un área con ayuda contexto sensitiva. En esta ventana se puede ingresar o modificar los datos. Las cargas y los datos geométricos normalmente son pasados desde el programa principal cuando se llama al módulo. El usuario puede fácilmente reconocer todos los datos que han sido transferidos del programa principal por que están precedidos del icono .

Luego de editar o ingresar datos, el reporte de detalle puede ser impreso. Note la existencia de un semáforo de estatus en la esquina superior derecha. La luz roja indica que el estatus y la relación de esfuerzos son inadecuados. La luz amarilla indica que la relación de esfuerzos es correcta, pero existe un requerimiento de diseño no satisfecho, y finalmente, la luz verde indica que el estatus de diseño del miembro está bien.

Note que existen opciones que pueden ser calculadas o modificadas solo en el presente módulo de detallamiento, como ser la sobre-escritura de los factores de ajuste, etc.

434

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

El módulo de detallamiento puede ser muy útil para casos especiales ya que permite al usuario la aplicación de modificaciones especiales a los parámetros calculados. Casos típicos de estas modificaciones son la reducción de fuerzas de corte cerca de los soportes, modificación de los factores de ajuste para un miembro específico, etc. Para mas detalles puede ver la ayuda contexto sensitiva.

Importante: Observe que los cambios que se realizan en el detallamiento no se guardan.

Para cambios permanentes en los factores de ajuste vea la última sección de este capítulo.

Notas técnicas NDS Las suposiciones y simplificaciones adoptadas para el diseño de miembros de madera son:

• Uso de un procedimiento general para la verificación de secciones rectangulares, redondeadas, además de secciones compuestas y "espaciadas". Este procedimiento considera un miembro sujeto a flexión y corte en los dos ejes principales, torsión y cargas axiales.

• Siempre se asume que el eje local 2 (y) es perpendicular a la dirección del grano para madera aserrada, y perpendicular a las caras anchas de laminación para madera encolada.

• No se consideran provisiones especiales para madera compuesta estructural (structural composite lumber).

• Los factores de ajuste son calculados en un procedimiento separado (usando tablas que puden ser editadas por el usuario) considerando todos los casos especificados por la Norma. Los siguientes factores de ajuste han sido incluidos:

1. Factor de duración de carga (CD). De acuerdo a la Tabla 2.3.2 y Apéndice B para cargas típicas. Este factor se aplica sólo para el método ASD y debe ingresarse para cada combinación de cargas ya que cambia de acuerdo al tipo de cargas aplicadas. El factor adoptado para la combinación de cargas corresponde a la condición de carga con menor tiempo de duración.

2. El factor de efecto de tiempo (l) sólo se aplica en el método LRFD. Se asigna de forma similar al factor CD usando la duración de cargas. El usuario es responsable de verificar que la Tabla N3 de la norma coincide con los valores asignados.

3. Factor de Humedad (Cm). Basado en la humedad de las condiciones de servicio especificadas en las Tablas 4A, 4B, 4C, 4D, 4F, 5A, y 5B. Este factor indica si el miembro tiene una exposición sostenida a humedad alta (19% para madera sólida aserrada, 16% para miembros de madera encolada).

4. Factor de temperatura (Ct). Para miembros que estarán sometidos a exposición sostenida a elevadas temperaturas. La Tabla 2.3.3 y el apéndice C (secciones C1 y C2) de la Norma han sido considerados.

5. Factor de incisiones (Ci) que es sólo aplicable a madera aserrada con incisiones para aumentar la penetración de los preservantes. Tabla 4.3.8. Este factor está disponible en el detallamiento de madera y está incluido en el reporte del detallador. No se incluye en los reportes impresos directamente desde el programa principal.

6. Factor de tamaño (CF). Aplicado sólo a madera aserrada de clasificación visual (visually graded sawn lumber) y para secciones circulares. Los factores especificados por la Tabla 4B, 4D y 4F son considerados en las verificaciones.

435

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

7. Factor de uso plano (Cfu). Este factor se usa para cargas aplicadas en la dirección del eje 3. Los factores especificados por las Tablas 4A, 4B, 4C, 4F, 5A y 5B son considerados en las verificaciones.

8. Factor de miembro repetitivo (Cr). Aplicado sólo a secciones pequeñas (dimension lumber). Un valor de 1.15 se adopta para estos casos.

9. Factor de volumen (Cv). Este factor se calcula sólo para miembros de madera encolada, de acuerdo a la Sección 5.3.6 de la Norma

10. Factor de estabilidad de la viga (CL). Este factor se calcula sólo para madera aserrada de acuerdo a la sección 3.3.3 de la Norma.

11. Factor de estabilidad de la columna (Cp). Este factor se calcula internamente en el programa para considerar el pandeo de miembros cargados axialmente de acuerdo a la Sección 3.7.1 de la Norma.

12. El programa está utilizando un factor de ajuste interno para obtener la resistencias a flexión (Fb), tracción paralela al grano (Ft), y compresión paralela al grano (Fc) de la Tabla 4B en función del tamaño del miembro para madera Southern Pine y Mixed Southern Pine. Estos factores de ajuste modifican los valores de secciones de 12” de alto (existentes en la base de datos estándar) de acuerdo a las dimensiones del miembro actual.

13. El factor de área de aplastamiento, que es función de la longitud de aplastamiento.

Nota: El factor de esfuerzo de corte (CH) ya no se considera. Este factor fue suprimido en las normas NDS 2001 y 2005.

El programa no considera los siguientes factores de ajuste

1. Factor por tratamiento con retardantes de fuego (El programa no considera el efecto del fuego).

2. Factor de curvatura para madera encolada (glulam) usada en miembros curvos.

436

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Miembros a Tensión El cálculo de miembros a tensión se da en la Sección 3.8 de la Norma (NDS-2005). Las suposiciones y simplificaciones adoptadas son las siguientes:

• Miembros prismáticos en tensión axial. Se asume que la carga axial es concéntrica.

• No se tiene consideraciones de acuerdo al tipo de conexión usada, es decir, que las verificaciones se realizan sobre el área total de la sección. Las secciones de área neta no se consideran.

Vigas y otros miembros a flexión El cálculo a flexión abarca flexibilidad y estabilidad lateral como se especifica en la Sección 3.3 de la NDS. Los requerimientos por esfuerzos de corte se dan en la Sección 3.4 de la Norma. Los factores de ajuste afectan el esfuerzo admisible de los miembros y son una función de la especie, el grado, tamaño, condiciones de servicio, tipo de carga, etc.

A continuación está la lista de las restricciones y suposiciones adoptadas:

• La deflexión no es verificada en el módulo de diseño de madera. Debe ser llevada a cabo por el usuario con las herramientas disponibles en RAM Advanse y considerando un adecuado módulo de elasticidad afectado por las condiciones de servicio. Note que puede incluir esta verificación en la optimización.

• Las cargas se consideran aplicadas en la parte superior de los miembros a flexión y las cargas laterales en caras ortogonales (flexión biaxial)

• Los momentos flectores negativos se consideran siempre aplicados en zona de compresión (cera a apoyos).

• Los miembros se consideran lateralmente restringidos entre apoyos, separados por la longitud efectiva. Se ha incluido una opción especial para definir un miembro totalmente restringido en toda su longitud.

• El esfuerzo de corte normalmente no corresponde a un modo de falla en miembros de madera a flexión. Por tanto, el refinamiento de calcular la reducción de la fuerza de corte una distancia desde el soporte igual a la profundidad es (conservadoramente) ignorado. Cuando los esfuerzos de corte son significativos, el usuario puede aplicar la reducción apropiada usando el Detallador de Madera. Las ecuaciones de diseño de corte adoptadas son las que se especifican en la Sección 3.4.2 de la Norma. Los esfuerzos de corte en ambos ejes principales son verificados independientemente.

• Los requerimientos de la Sección 3.4.4 de la Norma NDS para miembros en flexión con entalladuras se incluyen en el programa como un factor adicional de ajuste. El usuario puede ingresar las dimensiones de la entalladura (ancho y largo) y ubicación (arriba o abajo) en la hoja de datos. El efecto se calcula como un factor de ajuste (CN).

Columnas y otros miembros a compresión Esta parte sigue el criterio dado en la sección 3.6 de la Norma NDS. Las restricciones y suposiciones adoptadas son:

437

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

• Miembros en compresión con cargas laterales son verificados con la ecuación general 3.9-3 de la Norma NDS. La excentricidad de cachos rígidos se incluye en el análisis de miembros y por lo tanto no es necesario usar las ecuaciones generales 15.4.1.

• Dos tipos especiales de columnas se consideran aparte de la columna simple de madera sólida. Estos tipos especiales son las comúnmente conocidas columnas espaciada y compuesta. La primera está formada por dos miembros individuales con sus ejes longitudinales paralelos, separados en los extremos y el medio por bloques de corte, mientras que la compuesta está formada por 2 a 5 laminaciones. Las hipótesis adoptadas para estos tipos de columnas se describen en las Secciones 15.2 y 15.3 de la Norma NDS. De acuerdo a la sección 15.2, dos condiciones de extremo son posibles: 'a' cuando el centroide del bloque de corte está dentro de L/20 desde el extremo de la columna. 'b' cuando esta distancia está entre L/20 y L/10, siendo L la distancia entre arriostramientos laterales.

Miembros sujetos a torsión El código no especifica consideraciones especiales para miembros de madera con cargas que puedan inducir cargas de torsión. Sin embargo, la resistencia a torsión alrededor del eje longitudinal se estima para madera aserrada como 2/3 de la resistencia a corte o igual a la tracción radial ajustada para madera encolada. (Ver referencias 5 y 6).

El esfuerzo de corte se calcula como: fs=T*(3*a+1.8*b)/(SQR(a)*SQR(b))

donde

fs es el esfuerzo de torsión en el punto medio del lado más grande

T es la torsión aplicada

a es la dimensión más grande

b es la dimensión más chica

La capacidad de la sección a torsión está dada por la relación fs/F

donde

F es la resistencia de referencia a torsión de la madera que en el programa se considera igual a la menor resistencia a corte de los ejes locales multiplicada por dos tercios para madera aserrada y por un tercio para madera encolada:

F=min(2*Fv2,2*Fv3)/3 para madera aserrada y F = min(Fv2/3, Fv3/3) para madera encolada.

Esta ecuación sólo es aplicable a miembros rectangulares. Es importante mencionar que debido a las incertidumbres en el esfuerzo admisible de torsión, se recomienda evitar la torsión siempre que sea posible.

Esfuerzos combinados Esfuerzos combinados se consideran utilizando las ecuaciones de interacción de la Sección 3.9 de la Norma NDS. Los siguientes casos son considerados:

Compresión Axial y Flexión Biaxial

Tensión Axial y Flexión Biaxial

438

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

Aplastamiento El programa calcula una reacción máxima que puede admitir cada miembro en base a una longitud de aplastamiento y un ángulo de la fuerza a la fibra, que por defecto se tomo igual a 90°. Con este resultadoel usuario puede rápidamente verificar que ninguna reacción sea superior a la calculada.

Tablas de diseño para factores de ajuste Antiguas versiones del programa solían trabajar con un macro de diseño para calcular varios factores de ajuste. La versión actual ha simplificado este procedimiento con el uso de una tabla, que es más simple de editar y mantener. La tabla se encuentra con los valores por defecto de la Norma NDS y por lo tanto no es necesario modificarla para diseñar lo miembros de madera. Sin embargo, el usuario puede editar o modificar dicha tabla en el caso de considerar factores de ajuste particulares ajustados a normas locales en forma permanente.

Los valores pueden editarse directamente abriendo el archivo de trabajo: ‘WoodAdjustmentFactors.itb’ en la carpeta ‘Others’ usando cualquier procesador de texto o Excel. Observe que cada campo está separado por tabuladores.

WoodAjustmentFactors.itb abierto con Excel.

Se dispone de un archivo de respaldo de la tabla en el fólder Tables, archivo, WoodAdjustmentFactors.xls. Este archivo se encuentra dividido en varias hojas (una para cada grupo de factores) y una hoja adicional usada para la determinación de los factores de tamaño adicional. Ud. puede utilizar esta tabla para modificar los factores deseados y luego copiarlos al portapapeles y de ahí al documneto de trabajo. Se sugiere siempre hacer un respaldo antes de las modificaciones.

En la tabla se tienen los siguientes grupos de factores de ajuste:

439

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

1. Grupo del factor de duración que incluye CD (para ASD) y lamda (para LRFD). Observe que cada combinación de carga va a usar el factor crítico del estado de carga crítico en función del tipo de duración de carga.

2. Grupo del factor de temperatura. Este incluye los dos factores de temperatura definidos en la tabla 2.3.3.

3. Grupo de factor de uso plano. Este incluye el factor Cfu definido en las tablas 4a, 4B y 4F para madera aserrada de dimensiones pequeñas. La tabla 4C para madera aserrada graduada mecánicamente y tablas 5ª y 5B para madera encolada. Observe que cada factor será aplicado en función del tamaño de la sección en un rango especificado por un ancho y alto máximos.

4. Grupo de factores de tamaño. Este incluye los factores de tamaño definidos en la tabla 4a válidos para dimensiones pequeñas. Este factor tiene valores especiales para los grados Stud, Construction, Standard, y Utilities. Otros grados se incluyen en la primera categoría que es general y no incluye grados. Otra categoría especial se tiene para Southern Pine de gradacion visual. (Tabla 4B). También es importante notar que para el caso de madera aserrada de dimensiones mayores (timber) (5”x5” o mayores) el cálculo de los factores de ajuste se hace internamente en el programa siguiendo la ecuación dada en la Tabla 4D y por lo tanto no se incluye en la presente tabla. Los valores incluidos en la taba van a ser aplicados en un rango dado por un ancho y alto máximos similar al grupo anterior.

5. Grupo de factores adicionales de tamaño para Southern Pine de gradación visual. Estos factores se usan para calcular las resistencias a flexión (Fb), a tracción paralela al grano (Ft) y compresión paralela al grano (Fc) en función a una sección de 12” de alto. Estos factores se aplican sólo a la especie Sothern Pine.

Grupo de factores de humedad. Estos están divididos en cuatro categorías, seco (dry), madera aserrada de dimensiones pequeñas húmeda (wet lumber) (Tablas 4a, 4B, 4C, 4F), madera aserrada de tamaño grande húmeda (wet timber) (Tabla 4D) y madera aserrada encolada húmeda (wet glulam) (Tablas 5Ay 5B)

Como se ha visto, es muy simple hacer cambios a los factores de ajuste y acomodarlos a sus requerimientos.

Siempre verifique que el programa esté usando los nuevos valores modificados de los factores de ajuste antes del diseño

Referencias 1. American Forest and Paper Association, National Design Specification for Wood Construction. Edición 2005, AFPA, 2005.

2. American Forest and Paper Association, Commentary on the National Design Specification for Wood Construction. AFPA, 2001.

3. Faherty, Keith F & Williamson, Thomas G. , Wood Engineering and Construction Handbook. Tercera Edición, McGraw Hill, Inc., 1999.

4. Breyer, Donald E., Fridley Kenneth J., Cobeen Kelly E., Pollock David G., Design of Wood Structures. Sixth Edition, McGraw Hill, Inc., 2007.

5. AF&PA/ASCE 16-95 Standard for Load and Resistance Factor Design (LRFD) for Engineered Wood Construction.

440

Capítulo 27: Diseño de madera (NDS)

6. American Instituite of Timber Construction, Timber Construction Manual, 5th Edition (2005). Section 4.3 – Torsion, pp 113-114.

441

Capítulo 28: Muros de contención

Capítulo 28: Muros de contención

El módulo le permite al usuario diseñar fácil y rápidamente diversos muros de contención. Igual que en el resto de los módulos de diseño, el objetivo es obtener un diseño económico y funcional que además esté de acuerdo a la práctica común del ingeniero.

Pasos de diseño

Introducción de datos El usuario debe introducir todos los datos necesarios de la geometría para la definición del muro antes de realizar el análisis y dirigirse a la pantalla de diseño.

Esta introducción se realiza a través de ventanas desplegables en caso de múltiples opciones o mediante teclado. Todos los datos de entrada como las propiedades del material, geometría y parámetros de diseño pueden ser modificados en cualquier momento antes y después del análisis. Vea el capítulo de Módulos de Detallamiento para más detalles sobre el manejo y organización general de los diferentes módulos de diseño.

Verificación y Detallamiento Una vez introducido el muro puede procederse con el análisis y la verificación. El reporte o la pantalla de diseño mostrarán las diferentes solicitaciones y resistencias de los elementos del muro de acuerdo al código de diseño empleado (BS 8110, ACI 318 y/o MSJ). El reporte muestra adicionalmente las condiciones de estabilidad global del muro (vuelco, deslizamiento y presiones sobre el suelo).

Optimización Opcionalmente se tiene la optimización que se aplica en dos fases a través de dos herramientas: 1) la

de sugerir dimensiones para cumplir con las verificaciones de estabilidad global a partir de la

altura y cargas actuantes sobre el muro y 2) la de sugerir armado que se realiza automáticamente al entrar a la pantalla de detallamiento, luego de tener definida la geometría.

La optimización del diseño de refuerzo de acero , se realiza bajo dos criterios por tamaño de barra máxima o por separación mínima de barras.

443

Capítulo 28: Muros de contención

Diagrama de flujo que detalla los pasos requeridos para el diseño de muros.

444

Capítulo 28: Muros de contención

Notas Técnicas ¡Importante! Se recomienda leer estas notas con cuidado ya que son un resumen de las hipótesis capacidades y metodologías adoptadas.

Terminología En general se han adoptado los siguientes nombres para las diferentes partes o elementos del muro:

• Puntera

• Talón

• Pantalla

• Cuña

Se asume que la cara frontal está al lado de la puntera y la posterior al lado del talón y del relleno.

Diferentes partes de un muro de contención

Generalidades Las características generales del módulo son:

• Análisis y diseño de muros de hormigón o mampostería con o sin refuerzo

• Diseño según la normas ACI 318-99, ACI 318-05 y BS-8110.

• Introducción gráfica de la geometría y cargas del muro

• Ayuda contexto sensitiva completa

• Suelo con múltiples estratos horizontales (hasta 5 estratos)

• Relleno con pendiente (sólo se permiten pendientes positivas)

445

Capítulo 28: Muros de contención

• Sobrecarga (a ambos lados del muro)

• Opciones para definir muros en voladizo, gravedad o restringidos (con soporte lateral y base empotrada o articulada)

• Maneja pantallas de ancho variable y pantallas en bloques con cambios de espesor y refuerzo

• Considera agua en el relleno (sin flujo)

• El material puede ser concreto reforzado o mampostería (sólo en pantalla)

• Considera cargas axiales en el tope del muro (con o sin excentricidad)

• Cargas laterales de viento

• Incluye diagramas de momentos y cortantes

• Considera efecto de fundaciones aledañas

• Considera diferentes teorías para calcular las presiones laterales del suelo (Rankine, Coulomb, EFP, en reposo)

• Carga sísmica (con el método de Mononobe-Okabe considerando un estrato homogéneo de relleno con cohesión nula)

• Cálculo de la deformación del muro

• Opción para exportar los gráficos principales como DXF

• Opción para salvar datos y resultados

• Reporte detallado

Limitaciones Los aspectos no cubiertos son:

• Muros de contención alternos como los de contrafuertes

• Muros modelados con resortes

• Refuerzo de corte

• Muros restringidos con restricciones múltiples (sótanos de niveles múltiples)

• Muros de mampostería cuando se realiza el diseño con BS-8110

• Muros con resultante fuera del tercio central.

Normas de diseño Las versiones de las normas consideradas en la presente versión son:

• ACI. American Concrete Institute Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI 318-99 (ACI 1999).

• ACI. American Concrete Institute Building Code Requirements for Stuctural Concrete. ACI 318-05 (ACI 2005).

• BS-8110(1997). Norma estándar Británica 1997, que incluye la revisión de 30/11/2005.

446

Capítulo 28: Muros de contención

• Building Code Requirements for Masonry structures. ACI 530-02/ASCE 5-02/TMS 402-02 reported by MSJC.

Cargas El módulo acepta sobrecargas sobre el relleno, cargas en zapatas contiguas, cargas axiales en pantalla, cargas laterales en pantalla, suelos con pendiente

Cargas axiales en pantalla: Las cargas axiales se consideran en la estabilidad global del muro y en el diseño de mampostería. La tabla de capacidad muestra la máxima carga axial permitida y la relación de resistencia considerada tanto la flexión como la carga axial. En muros de concreto la carga axial no es considerada en el diseño.

Sólo se permite excentricidades positivas (del eje a la izquierda) ya que es el caso más crítico para la estabilidad.

Empujes del Suelo Considerando que los empujes laterales con la carga significativa en los muros de contención, se ha contemplado varias opciones para el cálculo de los empujes (ver ventana de configuración):

Método de Rankine: Utilizado en muros que se deforman lo suficiente como para desarrollar empujes activos. Esto desplazamientos en el orden de 0.001*H a 0.004*H para suelos granulares y de 0.01*H a 0.04*H en suelos cohesivos. Este método considera que la fricción suelo-muro es nula.

Método de Coulomb: Utilizado con las mismas consideraciones que el método de Rankine. La diferencia es que éste considera la fricción suelo-muro (δ).

Es importante notar que para el cálculo del empuje lateral para la estabilidad global se desprecia la presencia del talón (ver figura adjunta) y la sección de estudio se toma coincidente con la cara de la pantalla en vez de considerar la sección vertical en el extremo del talón:

Cálculo de empujes y sus distancias horizontales al punto O.

447

Capítulo 28: Muros de contención

Empuje en reposo: Esta opción es la que se utiliza para muros restringidos o en las que los desplazamientos laterales del muro son despreciables. En este caso se utiliza el coeficiente de presión en reposo del suelo Ko. El programa adopta un valor por defecto de (1-sin φ)*(1+sin β), donde φ es el ángulo de fricción interna y β es el ángulo de la pendiente del relleno. El usuario puede sin embargo introducir cualquier valor que sea más apropiado para el suelo que se esté tratando. Bowles (1995) proporciona varios posibles valores para este parámetro.

Método del fluido equivalente: Este método (EFP de las siglas en inglés de Equivalent Fluid Method) asume que el suelo se comporta como un líquido, con un peso unitario equivalente de empuja del suelo multiplicado al peso unitario del mismo (presión por unidad de profundidad). Aunque este procedimiento se encuentra generalizado, muchas referencias no lo recomiendan debido a que no se toma en cuenta los parámetros técnicos del suelo.

Rellenos con suelo cohesivo: Aunque este tipo de rellenos no está recomendado, el programa permite considerar la cohesión de los estratos del relleno. En este caso se sugiere despreciar la zona en tensión del suelo donde se pueden formar fisuras en la interfase suelo–muro. Esta opción se encuentra en la ventana de configuración.

Efecto del agua en los empujes: El efecto del agua se considera como empuje hidrostático sin tomar en cuenta el efecto de flujo para el cálculo de las presiones desestabilizadoras. Para esto se deberá definir el nivel del agua, el cual sólo se puede ubicar entre dos estratos de suelo, ya que para estratos bajo el agua se deberá siempre definir un peso unitario sumergido que obliga a adoptar un nuevo estrato para tal efecto. Aunque el programa permite considerar el empuje del agua es recomendable evitar la presencia de agua en muros por razones de economía. Con el fin de evitar la presencia de agua se puede disponer de diferentes soluciones (p.ej. drenajes).

Componente vertical del empuje contra la estabilidad global: El programa permite elegir si la componente vertical del empuje se va a considerar en las verificaciones al vuelco, deslizamiento y presiones del suelo, esto estará en función al criterio del ingeniero. Es importante notar que la ubicación de la componente vertical estará en el borde del talón para todos los métodos a excepción del método de Coulomb, cuya distancia se mostró en la anterior figura.

En el método del fluido equivalente, se calcula un coeficiente de empuje equivalente y se adopta un ángulo de inclinación similar al del método de Rankine que es coincidente con la pendiente del relleno.

Resultante fuera del tercio central: El programa no permite este caso ya que se origina grandes concentraciones de tensiones y no es recomendado en la práctica (Ref. Foundation Engineering de Peck, Hanson y Thornburn (2nd Edition, p 426)).

Empujes resistentes: En el caso del empuje resistente para vuelco (del lado de la puntera), existen tres opciones: No considerar ningún empuje, considerar un empuje activo o considerar un empuje pasivo. La decisión dependerá del grado de deformación del suelo que se espere del lado de la puntera al momento de falla y del criterio del ingeniero. Las diferentes opciones se encuentran en la ventana de configuración.

La altura que se utilizará para todos los empujes resistentes será igual a la profundidad de la base menos la altura de socavación. La altura de socavación también se define en la ventana de configuración. El efecto del agua no se considera en estos empujes estando del lado de la seguridad.

Zapatas o cargas contiguas: El programa ofrece la opción para considerar la influencia de zapatas contiguas (rectangulares, corridas, cargas lineales o puntuales). Los dos métodos disponibles en el programa son el de Spangler (1956) y el de Boussinesq (recomendado por Bowles, 1997) que se

448

Capítulo 28: Muros de contención

basan en la teoría de la elasticidad. El programa calculará automáticamente las presiones laterales y las sumará a las otras presiones laterales del terreno. Es importante notar que para el método de Boussinesq, el valor del coeficiente de Poisson afectará de gran manera el valor de las presiones y por lo tanto se debe ejercer criterio en la elección de esta propiedad que se tomará constante para todo el relleno independientemente del número de estratos que se esté considerando. Bowles (1997) da diferentes sugerencias para la adopción de este coeficiente.

Esfuerzos laterales originados por la carga de una zapata adyacente

Peso: Se calcula a partir del peso unitario de los diferentes materiales adoptados. Para el relleno se utiliza el peso unitario (húmedo) cuando el suelo está sobre el nivel del agua y para estratos por debajo del nivel de agua se utiliza el peso unitario sumergido (peso unitario saturado menos el peso unitario del agua).

Precisión de los cálculos: El cálculo de los empujes se realiza sobre 20 puntos equidistantes que cubren todo el relleno sobre el muro. La precisión estará limitada a los valores de las presiones en dichos puntos. El siguiente gráfico muestra el efecto de los puntos de cálculo (cuadrados negros) y el diagrama obtenido (en rojo) respecto al diagrama de presiones teórico (gris) en tres estratos de suelo. Es importante notar que el diagrama obtenido se asemeja más al diagrama real del relleno ya que no existen cambios bruscos de esfuerzos.

449

Capítulo 28: Muros de contención

Efecto de los puntos de cálculo sobre el diagrama de presiones teórico.

Carga Sísmica El programa puede considerar cargas sísmicas usando una extensión de la teoría de Coulomb para empuje activo mediante la ecuación de Mononobe-Okabe con modificaciones dadas por Seed y Whitman. Esta considera el cálculo de los empujes incrementados por el sismo (en muros que pueden desplazarse lateralmente) y de las fuerzas de inercia para otros tipos de muro.

El método está limitado a un material no cohesivo, sin presencia de nivel freático y sin posibilidad de licuefacción. Este método consiste en el cálculo del coeficiente de empuje sísmico Kae. El método se basa en la componente de aceleración horizontal relativa a la aceleración de la gravedad (kh). Este valor se encuentra tabulado (valores comunes se encuentran entre 0.05 a 0.40) o puede calcularse a partir de:

kh=Aa*(0.2SQR(Av)/Aa/Delta)0.25

Donde Aa, Av son la Aceleración efectiva pico y velocidad efectiva pico. Estos son coeficientes adimensionales que representan la aceleración efectiva pico (EPA en sus siglas en inglés) y la velocidad efectiva pico (EPV en sus siglas en inglés). Estos son factores normalizados para la construcción de espectros de respuestas elásticos suavizados para movimientos del suelo de duración normal. El EPA es proporcional a las ordenadas del espectro para periodos en el rango de 0.1 a 0.5 seg. Mientras que el EPV corresponde a las ordenadas del espectro para un periodo de 1 seg.

Ambos factores (Aa y Av) son proporcionados por el Concejo de Tecnología Aplicada o por los códigos o mapas sísmicos locales (Applied Technology Council) para varias regiones de Estados Unidos.

Delta: Desplazamiento lateral máximo durante el sismo.

La ecuación que se utiliza para Kae es:

450

Capítulo 28: Muros de contención

Donde: φ es el ángulo de fricción, β es el ángulo de la pendiente del relleno, α es el ángulo del talud del muro, δ es la fricción entre muro - relleno y θ está definido por el arctan(kh/(1-kv)). kv es el componente de la aceleración vertical. El programa siempre toma kv=0.

Luego de calcular Kae, se calcula el empuje horizontal debido al sismo y al suelo Pae y finalmente la fuerza debida al sismo se obtiene sustrayendo de Pae el empuje del suelo sólo Pa. ∆Pae=Pae-Pa.

Finalmente se asume que ∆Pae actúa a 0.6*H. Mayores detalles se pueden encontrar en Das (1995).

Combinación de cargas Se tienen hasta tres grupos de combinaciones de carga:

Combinaciones de servicio: que son utilizadas para las verificaciones de estabilidad global y las deflexiones y sus nombres empiezan con “S”.

Combinaciones de factores de carga para diseño de hormigón: que son utilizadas para el diseño de los diferentes elementos de hormigón del muro. El método adoptado para este material es el de estados límites últimos y por lo tanto las combinaciones de diseño serán factorizadas. Los nombres empiezan con “R”.

Combinaciones de esfuerzos admisibles para diseño de mampostería: Observe que sólo las combinaciones de este grupo serán tomadas en cuenta en el diseño de mampostería, el cual se hace por el método de esfuerzos admisibles. Los nombres empiezan con “A”.

Note también que Ud. puede generar automáticamente las combinaciones que requiera mediante el generador de combinaciones de carga.

Diseño de los elementos del muro Los diferentes elementos del muro (bloques de pantalla, puntera, talón o cuña) pueden llevar refuerzo y deben siempre verificarse a flexión y corte. El programa permite diseñar los bloques del muro como hormigón armado, hormigón simple o mampostería, mientras que la fundación (puntera, talón y cuña) pueden ser sólo de hormigón armado u hormigón simple.

Diseño de hormigón simple

Si no se define un refuerzo el programa considerará el elemento como hormigón simple y se adopta las consideraciones del capítulo 22 de la norma ACI-318 para el diseño. La resistencia a flexión es la definida por la resistencia a tracción dada en la Sección 22.5.2. La resistencia a corte se determina de acuerdo a la Sección 22.5.4. El resto de las consideraciones de diseño son similares a las de hormigón armado que se detallan a continuación.

La norma no incluye un método directo para el cálculo de muros sin refuerzo. Para enmendar esto, el programa ha adoptado una resistencia a tracción para el concreto dada por el Eurocódigo 2: Parte 1, Sección 1A.

451

Capítulo 28: Muros de contención

fct = a * fctk/γc,

Donde a = 0.80, γc = 1.5 (factor de mayoración del concreto), fctk = 0.7 * fctm, fctm = 0.30* fck 2/3

fck = resistencia característica cilíndrica a compresión del hormigón

fck = fcu/1.23 (aproximadamente)

fct = 1.68* (fcu/1.23)2/3 / γc

Diseño de hormigón armado

El diseño de los elementos de hormigón armado tiene las siguientes características:

El diseño a flexión del concreto reforzado se realiza sobre la base de una distribución de esfuerzos rectangular como se describe en ACI 10.2.7. Las hipótesis de diseño se aplican totalmente, en particular el uso del bloque de esfuerzos equivalentes. La sección es controlada a compresión si la deformación de la fibra en tensión es igual o menor a la deformación límite de 0.002 cuando el concreto en compresión alcanza su deformación límite de 0.003 (ACI 10.3.3). La sección es controlada a tensión si la fibra de acero en tensión tiene una deformación igual o mayor a 0.005 cuando el concreto alcanza la deformación de 0.003.

El programa permite verificar la resistencia a lo largo de toda la longitud de cada elemento considerando que se puede disponer de refuerzo variable o cortes de refuerzo en cada elemento. Para esto cada elemento se divide en 10 partes iguales con 11 estaciones. Los elementos se diseñan en cada estación para la envolvente de momentos flectores máximos positivos como negativos de las combinaciones de cargas definidas para el diseño de hormigón.

La siguiente figura ilustra las secciones críticas que normalmente se adoptan para verificar los diferentes elementos a flexión.

Secciones críticas para el diseño a flexión

El diseño a corte de elementos de concreto reforzado se realiza de acuerdo al capítulo 11 de la norma ACI. El programa no considera estribos ni ninguna armadura para absorber el corte. Considera el muro como una placa armada en una sola dirección.

452

Capítulo 28: Muros de contención

Las secciones críticas a corte pueden coincidir con las de flexión o también pueden adoptarse a una distancia d (altura útil) del paramento. Esto de acuerdo a la sección 11.1.3.1 de la norma. La opción se encuentra en la ventana de configuración.

¡Importante!

El usuario es responsable de verificar que el refuerzo de flexión no debe terminar en una zona de tensión a menos que el corte mayorado en el punto terminal no exceda dos tercios de la resistencia al corte φVn o que la armadura continúa proporciones el doble del área requerida por la flexión en el punto terminal y el corte mayorado no exceda de (3/4)φVn. ACI318 Sec.12.10.5.

La longitud de empalme y el anclaje mínimo necesario se calculan en forma similar a zapatas o vigas de hormigón armado.

El programa no considera ningún refuerzo que puede ser necesario para resistir cargas axiales de tracción o compresión en hormigón armado. Tampoco considera ninguna disposición especial en cuanto al refuerzo para zonas sísmicas.

El diseño de los elementos de hormigón armado tiene las siguientes características:

EL diseño de refuerzo a flexión se realiza con el criterio de redistribución de esfuerzos y análisis descrito en la sección 2.5 de la norma BS-8110. Las hipótesis del diseño se basan en la sección 3.4.4.4 BS-8110, por ejemplo el uso del bloque de esfuerzos de concreto equivalentes. Cada elemento es diseñado utilizando la envolvente (max. Positivo y negativo) de momentos de todas las combinaciones de carga. La máxima deformación del concreto en flexión es 0.0035 y la deformación del acero en tensión varía de 0.002 a 0.0035 según la posición del eje neutro.

El refuerzo mínimo de acero en flexión adoptado, está de acuerdo a la tabla 3.25 del código BS-8110. El área de acero vertical máxima no debe exceder 4% del área transversal de la sección de concreto.

El diseño del refuerzo de concreto con la norma BS-8110 adopta el criterio y requerimientos que se proponen en la sección 3.4.5 de la norma BS-8110 referentes al diseño de resistencia al corte. El cortante de diseño es el máximo valor de la envolvente generada de las combinaciones de carga seleccionadas. Es importante mencionar que cuando el esfuerzo de corte no excede 0.45 N/mm² no es necesario verificar la resistencia a corte, lo cual es utilizado principalmente en las zonas donde no se provee refuerzo como ser al final de los elementos.

El cortante máximo se calcula en la sección a una distancia “d” de la base. El esfuerzo de corte vc considera la sección y las características del concreto. La norma proporciona unos valores de vc, esfuerzo de corte de diseño (3.4.5.4 BS-8110).

El usuario puede definir si desea incluir la longitud de desarrollo en los ganchos. No se considera refuerzo para resistir cargas axiales de tracción o compresión en hormigón armado. Finalmente, no se considera disposición especial en cuanto al refuerzo en zonas sísmicas.

Diseño de refuerzo en mampostería El diseño de los bloques de la pantalla de mampostería incorpora los requerimientos de:

La versión 2002 de la norma norteamericana para estructuras de mampostería estructural dado por el Instituto Americano del Concreto (American Concrete Institute), ACI 530-02 y reportado por el Comité de normas de Mampostería (MSJC en sus siglas en inglés)

453

Capítulo 28: Muros de contención

El método adoptado es el de esfuerzos admisibles (ASD) y consecuentemente el programa solicitará un grupo de combinaciones de carga especial para este tipo de elementos.

El diseño a flexión, corte y axial se desarrolla de acuerdo a la Sección 2.3 de la norma. Donde se obtiene una carga axial admisible (Pa), un esfuerzo admisible de corte (Fv) y un esfuerzo admisible a flexión (Fb). Sólo se considera secciones rectangulares. Las ecuaciones básicas que se toman, consideran secciones planas, esfuerzos proporcionales a las deformaciones, un módulo de elasticidad constante, mampostería con resistencia a tracción nula (sólo el refuerzo resiste a la tracción), refuerzo totalmente adherido. Se usa una sección transformada para el cálculo a flexión. La mampostería por debajo de la línea neutra se asume fisurada. Con esta hipótesis se calculan los momentos resistidos por el refuerzo (Mrs) y la mampostería (Mrm) y sus correspondientes esfuerzos (fs) y (fb):

Mrs = Fs*As*j*d

Mrm = Fb*k*j*b*d²

Donde Fs = esfuerzo admisible a tracción del refuerzo, Fb = esfuerzo admisible a compresión de la mampostería, j = relación de la distancia entre la resultante de las fuerzas de compresión y el centroide de la fuerza a tracción, k = relación de la altura del bloque de esfuerzos en compresión a la altura total desde el extremo en compresión hasta el eje del refuerzo (altura útil, d), b = ancho del miembro efectivo en compresión.

El menor entre los momentos resistentes es el momento admisible Ma=min(Mrm, Mrs). La fuerza de corte admisible (Va) se calcula como: Va = Fv*b*d, siendo Fv es esfuerzo admisible a corte.

El anclaje de las armaduras y la longitud de empalme se calcula de acuerdo a la sección 2.1.10.

No se considera ninguna provisión especial para sismo.

Otro dato que es de responsabilidad del usuario es la separación del refuerzo, cuyo valor depende estrictamente de la geometría la mampostería. Para más detalles sobre mampostería reforzada, referirse al Capítulo de Muros de mampostería.

Módulos/detallamiento de muros de contención Esta sección describe las opciones disponibles en módulos/detallamiento de muros de contención. Como en todos los módulos de detallamiento, el diseño ejecuta un proceso de prueba y error, donde el usuario ingresa la geometría, los materiales y el refuerzo (si es necesario), y el programa verifica la condición del muro para las cargas especificadas. Este módulo es independiente de RAM Advanse y se invoca seleccionando Módulos/Muros de contención de la barra de menús.

454

Capítulo 28: Muros de contención

Acceso al módulo de muros de contención del menú principal

Pantalla de Datos La primera pantalla que se observa cuando se entra al módulo es la pantalla de datos. En esta pantalla se pueden introducir los datos geométricos, materiales y cargas del muro.

Pantalla inicial del módulo: pantalla de datos

Esta pantalla también permite modificar fácilmente y en repetidas oportunidades tanto dimensiones como cargas permitiendo al usuario optimizar el diseño del muro.

En la pantalla de datos se distinguen 3 diferentes ventanas como se muestra en la figura:

455

Capítulo 28: Muros de contención

Pantalla de datos con 3 ventanas diferentes

1) Propiedades (A)

2) Dibujo (B)

3) Ayuda (C)

La ventana de propiedades (A), se utiliza para introducir toda la información necesaria del muro; esta ventana irá cambiando a medida que los datos estén siendo introducidos. Algunas opciones aparecerán únicamente para ciertos tipos de muro o cargas adoptadas.

La ventana de dibujo (B), representa toda la información ingresada en el área de propiedades, tanto de geometría como de cargas asignadas. El usuario puede modificar todas las propiedades que se encuentren en texto rojo a través de esta área, como se indica a continuación:

Haga clic en el texto rojo de la propiedad que desea modificar y escoja otra de la ventana desplegable o edite este valor.

La ventana de ayuda (C), muestra información acerca del ítem actualmente seleccionado en la ventana de propiedades (A).

456

Capítulo 28: Muros de contención

Cada ítem de las propiedades está descrito en la ayuda contexto sensitiva.

Luego de introducir todos los datos se puede pasar a ver las pantallas de diseño o detallamiento, paso que involucra el cálculo automático del muro.

Pantalla de Diseño

Pantalla de Diseño

Para ver la pantalla de diseño presione el segundo botón de la barra que queda al lado del botón de datos. Esta pantalla se utiliza para mostrar los diagramas de requerimiento y capacidad del muro.

Note que se pueden ver dos diagramas simples al mismo tiempo en la pantalla, permitiendo la comparación entre la cura de demanda o requerimiento y la curva de capacidad, así como los

457

Capítulo 28: Muros de contención

diagramas combinados donde se muestran ambas curvas en un solo gráfico, como se observa en la figura

Diagrama combinado de momentos y cortante

Observe también que en el extremo superior izquierdo, se dispone de una opción para elegir el elemento del muro para el cual se van a desplegar los diagramas. Existe una opción especial que permite ver los diagramas para todos los elementos, lo cual permite disponer de una visión global de la resistencia del muro completo.

Note la existencia de un Semáforo en la esquina superior derecha. Este semáforo es un indicador de estatus de diseño donde: la luz roja indica que la relación de esfuerzos es mayor a la unidad o la estabilidad global del muro es insuficiente y por lo tanto falla. La luz amarilla indica que la disposición del refuerzo es incorrecta o que el espesor de diseño de mampostería no es adecuado. Estas fallas por lo general resultan cuando el refuerzo “se sale” del muro o cuando el espesor nominal del muro de mampostería ha sido cambiado en forma posterior al espesor de diseño. En el reporte se detalla la o las razones para la luz roja o amarilla. Finalmente, la luz verde indica que el estatus de diseño del miembro está bien.

Semáforo

458

Capítulo 28: Muros de contención

Pantalla de Detallamiento

La pantalla de detallamiento muestra las barras de refuerzo adoptadas para el muro.

En esta pantalla se muestran tanto el refuerzo longitudinal como transversal adoptado.

Observe que el usuario puede exportar esta figura, presionando el botón DXF para crear un archivo DXF, el cual se puede editar con cualquier programa de dibujo.

Observe que existen tres maneras de introducir el refuerzo:

• Mediante los botones de introducir armaduras continuas y discontinuas ( , )

Esta opción se utiliza cuando se quiere introducir un refuerzo particular (con la separación de barras definida). El programa le mostrará una ventana de diálogo para introducir el tamaño de barras junto con su separación. En el caso de armadura discontinua, también se pide el porcentaje de la longitud del elemento que se desea cubrir con la armadura y si esta llevará gancho de anclaje. El programa calculará automáticamente las longitudes de las barras para cumplir con la geometría y condiciones dadas.

• Por medio de la planilla. Aquí se tiene la completa libertad de adoptar cualquier tipo de refuerzo. Para cada grupo se pide el diámetro de la barra, la separación, el eje de referencia, la distancia al punto inicial, la distancia al punto final y las banderas que determinan si los extremos terminan en ganchos. Note que al definir un nuevo grupo de armaduras, se tomará valores por defecto para el resto de los parámetros. Estos valores se deben editar de acuerdo a las características requeridas para el nuevo grupo.

• Utilizando el botón de optimización de refuerzo .

459

Capítulo 28: Muros de contención

Independientemente de cómo haya introducido el refuerzo, Ud. puede editar los valores de la planilla para tener un control preciso de las longitudes y posiciones de las barras.

Nota.- Es importante definir los recubrimientos libres que se van a adoptar con el botón .

Planilla para la determinación del refuerzo

La planilla se utiliza para ingresar el acero de refuerzo longitudinal y transversal. Se encuentra en la Pantalla de Detallamiento a diferencia de otros módulos. En la planilla se tienen dos lengüetas, la primera llamada Barras Longitudinales contiene los datos para definir el refuerzo longitudinal, y la segunda, Barras transversales, contiene la información requerida para definir el refuerzo transversal.

460

Capítulo 28: Muros de contención

Pantalla de Configuración

Pantalla de Configuración

Esta pantalla permite al ingeniero tener control de los métodos de cálculo y consideraciones de diseño que se van a adoptar. Observe que los datos cambiados en esta pantalla se guardan junto con el modelo y también pueden definirse como valores por defecto para nuevos modelos con la opción Asignar como valores por defecto.

Estos criterios se definen generalmente una sola vez. Los ítems considerados se muestran en la siguiente tabla:

Opción Descripción

Método de cálculo para el empuje activo

Determina el método de cálculo de los empujes. Se tienen cuatro opciones. Rankine, Coulomb, Presión de fluido equivalente (EFP) o Reposo (uso de Ko).

461

Capítulo 28: Muros de contención

462

Considerar zona de tracción en empujes activos

Se usa para suelos cohesivos y se desprecia o no la zona en tracción de los empujes

Considerar empuje resistente para vuelco

Se disponen 3 opciones, no considerar, considerar un empuje activo, considerar un empuje pasivo

Método de cálculo de las presiones laterales debidas a zapatas aledañas

Se disponen de dos opciones la de Boussinesq que incluye el coeficiente de Poisson del suelo y la de Spangler-Jarquio, sólo disponible para fundaciones corridas. Mayores referencias sobre estos métodos se encuentran en Bowles (1997) y Das (1995).

Método de cálculo de la capacidad portante

La capacidad portante podrá ser calculada con las ecuaciones propuestas por Hansen, Meyerhof o Vesic. Estas consideran las cargas actuantes en el muro y las condiciones específicas del contorno como la pendiente del terreno, nivel del agua, etc.

Considerar componente vertical del empuje para vuelco

En caso afirmativo se incluirá la componente vertical del empuje en la verificación al vuelco.

Considerar componente vertical del empuje para deslizamiento

En caso afirmativo se incluirá la componente vertical del empuje en la verificación de deslizamiento.

Considerar componente vertical del empuje para presiones del suelo

En caso afirmativo se incluirá la componente vertical del empuje en la verificación de presiones del suelo.

Factor de seguridad admisible al vuelco

Se desplegará un error si el factor de seguridad a vuelco es inferior a este valor. Se recomienda un valor entre 1.5 a 2.0.

Factor de seguridad admisible al deslizamiento

Se desplegará un error si el factor de seguridad a deslizamiento es inferior a este valor. Se recomienda un valor entre 1.5 a 2.0.

Factor de seguridad admisible a capacidad portante

Se desplegará un error si el factor de seguridad a capacidad portante es inferior a este valor. Se recomienda un valor igual a 3.0. Además la opción de calcular la capacidad portante debe estar habilitada.

Profundidad de heladas No se permitirá una profundidad de fundación inferior a esta altura.

Altura de socavación Se despreciará el efecto equilibrante del suelo por encima de esta altura (empujes pasivos) y además no se permitirá una profundidad de fundación inferior a está.

Tipo de concreto El tipo de concreto puede ser el normal o liviano

Factor de minoración de la El factor de seguridad en la resistencia del t i l id l h bilid d d l d

Capítulo 28: Muros de contención

resistencia del hormigón a tracción o flexión

material, que considera la habilidad de la mano de obra y el control de calidad de los materiales. Para el concreto sometido a carga axial y flexión se tiene: γm = 1.5.

Factor de minoración de la resistencia del hormigón a corte

El factor de seguridad en la resistencia del material, para concreto sometido a cortante igual a γm=1.25.

Tamaño máximo de agregado El tamaño máximo de agregado depende de la trabajabilidad y los métodos de compactación para evitar los huecos en el hormigón. Ver sección 3.3.2 ACI 318-05

Combinaciones de servicio Nombre del archivo generador de cargas de servicio por defecto. Si no existe ningún archivo seleccionado, no se generarán automáticamente las cargas.

Combinaciones de factores de carga

Nombre del archivo generador de cargas para diseño de hormigón. Si no existe ningún archivo seleccionado, no se generarán automáticamente las cargas.

Serie de barras Las series de barras son: ASTM estándar y SI estándar.

Factor de minoración de la resistencia del acero

Es el factor de seguridad para la resistencia del acero se toma como 1.05.

Cuantía máxima a considerar

La cuantía máxima de refuerzo a ser considerada es 0.04.

Recubrimiento epóxico Recubrimiento para ambientes corrosivos sigue las especificaciones de la ASTM.

Deformación unitaria límite a tracción

Asegura un comportamiento dúctil de la viga, se aplica a todos los tipos de acero. Ver sección 10.3.3 ACI 318-05

Cuantía vertical mínima a considerar

El usuario debe considerar la Sección 14.3 de la norma o puede adoptar algún valor superior.

Cuantía horizontal y transversal mínima a considerar

El usuario debe considerar la Sección 14.3 de la norma o puede adoptar algún valor superior.

Distancia mínima entre barras longitudinales

Es la distancia libre horizontal entre barras. El usuario debe considerar la sección 7.6 de la Norma.

Redondeo para longitudes de barras Las longitudes de barras longitudinales pueden ser ajustadas hasta el incremento especificado más cercano. Por consiguiente todas sus barras longitudinales pueden ser dadas a la pulgada, pie,

463

Capítulo 28: Muros de contención

etc. más cercano

Redondeo para separación de barras

Redondeo de la distancia entre barras a un valor determinado.

Distancia estimada al centro mecánico

Esta es la distancia que es aumentada al recubrimiento libre para determinar la distancia desde el borde del muro al centro del acero longitudinal (diámetro/2). El ingeniero debe confirmar que esta dimensión es aceptable para su diseño final.

Tomar Vumax a una distancia d Aplica la especificación dada en la sección 11.1.3.1 de la Norma para reducir el esfuerzo de corte de diseño en secciones localizadas a menos de una distancia d de la cara de los apoyos.

Iniciar longitud de desarrollo en ganchos

La longitud de anclaje se considera que la parte recta y los ganchos desarrollan la longitud de anclaje (longitud de anclaje llena).

Asignar como valores por defecto Valores definidos que estarán disponibles en futuros usos del programa.

Ver modelo como RAM Advanse

Esta opción permite ver el modelo como en la pantalla gráfica de RAM Advanse. Aquí se dispone de una barra de botones mixta que permite ver datos de propiedades, opciones de visualización como resultados del análisis.

El usuario puede acceder a esta pantalla para ver las cargas actuantes sobre cada elemento, los cachos rígidos, diagramas de esfuerzos, y cualquier dato y/o resultado que se haya utilizado para el análisis del muro.

Para más detalles sobre los comandos disponibles, vea el Capítulo 1 del manual.

Reportes y salida de resultados por pantalla Este módulo de detallamiento permite generar un reporte donde se encuentran tanto los datos de entrada y resultados del análisis, como los resultados del diseño.

En el reporte se encuentran:

• El resumen de los datos (geometría, materiales, cargas y refuerzo).

• El resumen de resultados de las verificaciones globales.

• El resumen de resultados de diseño, a flexión y corte, tanto para hormigón armado o mampostería, se realiza para las envolventes de cada elemento del muro (bloque de pantalla, puntera, talón o cuña). Se toman 11 estaciones espaciadas a igual distancia a lo largo de cada elemento (0.1*largo).

464

Capítulo 28: Muros de contención

Para ingresar al reporte, presione el botón y se desplegará el reporte, como se muestra a continuación:

Reporte.

Para una explicación detallada de los comandos en este reporte, vea la sección Reporte del capítulo Impresión de Gráficos y Reportes.

El reporte de muros despliega toda la información detallada del muro y su diseño. En la parte superior se despliega la información general que consiste en la descripción de la geometría, materiales, suelo, cargas, etc.

Luego se presentan los resultados que incluyen las fuerzas resistentes, fuerzas desestabilizantes y las verificaciones de estabilidad global para cada combinación de servicio.

Finalmente se presentan los resultados de diseño para cada elemento del muro. En esta sección y dependiendo del material utilizado, el usuario encontrará diferentes parámetros de diseño.

Los resultados de diseño están divididos en dos secciones. Una dedicada a la verificación de la flexión y la otra a la verificación de corte.

La forma de presentación de los resultados variará según el material empleado, pero tanto en hormigón armado como mampostería los resultados de diseño se presentan en tabla y gráficamente de acuerdo a la siguiente figura:

465

Capítulo 28: Muros de contención

Resultados de diseño de una pantalla de hormigón armado

Los estados de las diferentes estaciones son mostrados gráficamente en un diagrama especial que muestra la envolvente de momentos de diseño y la capacidad de momentos nominales (multiplicados por el factor φ) de manera simultánea. Si la resistencia de algunas estaciones no es suficiente para resistir los momentos aplicados, esta parte del diagrama se muestra en rojo. De esta manera el usuario puede evaluar con una mirada el diseño a flexión del muro. Todos los diagramas son graficados desde el paramento o borde del elemento en cuestión.

El reporte también muestra toda la información requerida para el diseño del refuerzo al corte. Los estados de las diferentes estaciones son mostrados gráficamente con un diagrama que compara la envolvente de corte de diseño con la resistencia a corte nominal de cada estación.

Una descripción de las variables principales y de la nomenclatura adoptada se explica en la sección de notas el reporte.

En mampostería los resultados de diseño se presentan también en tablas como lo muestra la siguiente figura:

466

Capítulo 28: Muros de contención

Resultados de diseño de un bloque de mampostería

En forma similar al caso de hormigón, se realiza para mampostería, una verificación tanto para flexión como para corte. Note, sin embargo, que en este caso los momentos resistentes que se muestran son admisibles concordantes con el método de diseño adoptado (de tensiones admisibles, ASD). Para el corte se muestra el cortante admisible (Va).

Referencias • Bowles, Joseph E., Foundation Analysis and Design (Análisis y diseño de fundaciones), 5th

Edition, Mc Graw Hill, New York, 1995

• USA Corps of Engineers, Engineering and Design – Retaining and Flood Walls (Muros de contención y contra inundaciones) (EM 1110-2-2502), 1989. De acceso libre en internet en //www.usace.army.mil/inet/usace-docs/eng-manuals.

• USA Corps of Engineers, Engineering and Design - Bearing Capacity (Capacidad Portante) (EM 1110-1-1905), 1992. De acceso libre en internet en //www.usace.army.mil/inet/usace-docs/eng-manuals.

• Das, Braja M., "Principles of Foundation Eng." (Principios de Ingeniería de Fundaciones), 3rth Edition, PWS, Boston, 1995

467

Capítulo 29: Diseño de vigas

Capítulo 29: Diseño de vigas

“Beam Design” permite al usuario crear fácil y rápidamente una nueva viga continua independientemente del programa principal.

Este módulo le permitirá modelar, analizar y diseñar cualquier viga continua bajo variedad de cargas y materiales con diferentes secciones, de modo práctico y sencillo, siendo una herramienta útil dedicada a brindar al usuario todas las facilidades tanto en la introducción de datos, diseño y detallamiento, como en la obtención de resultados a través de un reporte específico para vigas continuas.

Esta sección se encarga de describir todas las opciones disponibles en el módulo desde la introducción de geometría, material, secciones, asignación de cargas, hasta el análisis, diseño y detallamiento de vigas continuas de: acero, hormigón armado o madera, sometidas a corte y flexión.

Las normas aplicadas para este módulo son: AISC y BS para acero; NDS para maderas; ACI y BS para concreto y AISI para acero formado en frío.

Pasos de diseño

1) Introducción de datos El usuario debe introducir todos los datos necesarios para la obtención del nuevo modelo antes de realizar el análisis y dirigirse a la pantalla de diseño.

Esta introducción se realiza a través de ventanas desplegables en caso de múltiples opciones o mediante teclado. Todos datos de entrada como las propiedades del material, secciones, geometría y parámetros de diseño pueden ser modificados en cualquier momento antes y después del análisis.

2) Análisis/Diseño/Detallamiento Una vez introducido el modelo debe analizarse adecuadamente antes de proceder con el diseño. Para ello debe considerarse en vigas de hormigón armado únicamente, la reducción de momento de inercia mediante el factor Ig prescrito por el código; en vigas de acero la longitud no arriostrada Lb y el coeficiente de flexión Cb entre otros; y en vigas de madera diferentes coeficientes y parámetros de diseño, todo lo cual se encuentra descrito en detalle en los capítulos referentes, exclusivos a dichos materiales.

3) Verificaciones El siguiente paso son las verificaciones según el material a utilizar y el código de diseño empleado, donde en el caso de vigas de hormigón armado se realiza también al cálculo de refuerzo longitudinal.

Las verificaciones se realizan en el módulo de diseño y detallamiento que será explicado más adelante.

4) Optimización Como último paso se tiene la optimización de secciones que podrá ser realizada en el caso de vigas de acero y madera directamente dentro el módulo. Esto implica que las secciones sobredimensionadas serán cambiadas por otras secciones (normalmente de menor peso) de un grupo

469

Capítulo 29: Diseño de vigas

predefinido de secciones que pueden soportar adecuadamente las cargas impuestas o en caso de secciones que fallan, encontrar nuevas secciones que resistan. Para más detalles ver el capítulo de optimización de este Manual.

470

Capítulo 29: Diseño de vigas

Notas Técnicas

Generalidades El diseño de vigas se realiza para todos los estados de carga y sus combinaciones, pudiendo ser observados seleccionando el estado o combinación requerido en la barra Estado de la pantalla de diseño.

Los siguientes ítems se verifican en el diseño de vigas de acero, hormigón y madera.

• Flexión

• Corte

• Requerimientos de detallamiento (solamente en el detallamiento de vigas de hormigón armado).

¡Importante!

No se considera ninguna carga axial o carga fuera del plano vertical en el diseño.

Limitaciones El programa presenta las siguientes limitaciones en cuanto al análisis y diseño de las vigas:

• No se considera ninguna carga axial en el diseño.

• Sólo se considera la flexión alrededor del eje 3-3 del miembro (flexión uniaxial principal).

• No se considera torsión en el diseño.

• No se consideran miembros de sección de gran altura.

Normas de diseño Las versiones de las normas consideradas en la presente versión son:

• ANSI/AISC 360-05 ASD/LRFD. Manual de Construcción en Acero – Diseño por tensiones admisibles– Diseño por factor de resistencia y carga (Manual AISC13ava Edición - 2005).

• AISI –ASD-LRFD Manual de Diseño para Acero laminado en frío – Diseño por tensiones admisibles y por factor de resistencia y carga (Edición de 2001 con suplemento 2004).

• Norma Británica BS 5950-1:2000.

• ACI. American Concrete Institute Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI 318-99 (ACI 1999).

ACI. American Concrete Institute Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI 318-05 (ACI 2005).

BS-8110 British Standard Incorporated. BS-8110-97 (1997).

• NDS. National Design Specification - 2005 Edition - American Forest & Paper Association - American Wood Council. Incluye ambos métodos (ASD/LRFD).

El usuario debe especificar la norma que se adoptará para el diseño de la viga según el tipo de material que vaya a utilizar.

Para una mejor orientación se presenta el siguiente mapa conceptual: 471

Capítulo 29: Diseño de vigas

Análisis

Distribución alternada de cargas Esta es una característica especial del módulo que permite generar diferentes estados de carga con distribución alternada de cargas. Las cargas con las que se trabaja son sólo del tipo Carga viva (Live Load). La carga muerta se considera de aplicación permanente y no se considera para la distribución de cargas.

Para ello debe ir al generador de cargas y escoger los archivos que incluyan distribución alternada de cargas (Skip loading), los cuales utilizan la conjunción OR para carga viva.

Porcentaje: Se debe determinar la proporción (entre 0 y 100%) de las cargas vivas que van a ser consideradas en la distribución de cargas.

Se van a generar 2*n estados de cargas, siendo n el número de tramos. Los estados generados empezarán siempre con la denominación “SK”. Por ejemplo para una viga de 5 tramos se tendrán los siguientes estados generados

Carga Tramo1 (*) Tramo2 Tramo3 Tramo4 Tramo5 (*)

SK1 - + - + -

SK2 + - + - +

SK3 - - + - +

SK4 + - - + -

SK5 - + - - +

SK6 + - + - -

SK7 + + - + -

SK8 - + + - +

SK9 + - + + -

SK10 - + - + +

(-) Carga negativa (hacia abajo)

(*) Los tramos pueden ser tramos corrientes o si se trata de los extremos, pueden estar en voladizo.

472

Capítulo 29: Diseño de vigas

Si el programa introduce un 0 en vez de (+) ó (-) quiere decir que no existe carga ya sea positiva o negativa en ese tramo.

Combinación de cargas Se tienen dos grupos de combinaciones de carga:

Combinaciones de servicio: que son utilizadas para la verificación de deflexiones y sus nombres empiezan con “S”.

Combinaciones de diseño: que son utilizadas para el diseño de los diferentes tramos de la viga. Dependiendo del material y la norma adoptados, se deberá asignar a este grupo combinaciones mayoradas (estados límites últimos, LRFD) o combinaciones sin mayorar (método de los esfuerzos admisibles, ASD). Los nombres empiezan con “D”.

Observe que sólo las combinaciones de este grupo serán tomadas en cuenta en el diseño.

Note también que Ud. puede generar automáticamente las combinaciones que requiera mediante el generador de combinaciones de carga, número que dependerá de la utilización de la opción distribución alternada de cargas

Parámetros de diseño de vigas A continuación se describen algunos de los parámetros que el usuario debe tener en cuenta en la introducción de datos. Para mayor información, referirse a los capítulos específicos de cada material donde obtendrá una descripción detallada de los mismos.

Sección fisurada Para diseñar con mayor aproximación una estructura de hormigón es común recurrir a la utilización de un ‘factor de fisuración’ que afecta a vigas y columnas. Estos factores reducen los momentos de inercia de los miembros para el análisis. Se sugiere adoptar los factores recomendados por la norma de hormigón local. Por ejemplo, la norma ACI318-05 en su sección 10.11.1 recomienda adoptar un valor de 0.35*Ig (momento de inercia bruto de la sección) para vigas.

Este valor puede ser introducido directamente dentro los datos de diseño en la opción: Factor de reducción de inercia Ig en la pantalla de introducción de datos, como se muestra en la siguiente figura. Los valores válidos son de 0.0 a 1.0. Observe que si un valor nulo es introducido el módulo asumirá un valor unitario para el análisis.

473

Capítulo 29: Diseño de vigas

Introduzca el valor de 0.35, recomendado para vigas por el código ACI 318 –05, para considerar la fisuración en el análisis.

¡Importante!

• El valor de factor de reducción de inercia Ig, para el caso de vigas de hormigón armado, será considerado igual y constante para todos los tramos de la viga.

Longitud no arriostrada Lb Es la longitud sin arriostrar del ala en compresión de la sección utilizada para el cálculo de la capacidad de pandeo lateral flexural torsional de miembros de acero. Estos parámetros permiten calcular el esfuerzo admisible a flexión, Fb en ASD (AISC,AISI), o el momento nominal resistente Mn en LRFD (AISD, AISI). Si su valor es cero, el programa adopta un valor igual a L (longitud a flexión entre nudos). Para mayor información vea el Capítulo F (AISC-ASD o LRFD).

Cabe resaltar que la longitud no arriostrada Lb puede en algún caso, ser mayor a la longitud total de la viga (longitud entre nudos); en tal caso el programa permite introducir estos valores, mas es responsabilidad del usuario adoptar el valor correcto y utilizar un criterio adecuado para ello.

Coeficiente de flexión Cb Este coeficiente de flexión se utiliza en el diseño de acero y depende del gradiente de momento (AISC-ASD, LRFD, AISI). Si se adopta el cálculo automático, el programa calculará su valor de acuerdo a norma, dependiendo del tipo de estructura (arriostrada o no) y los momentos en los extremos (según cada condición de carga). Se recomienda el cálculo automático.

474

Capítulo 29: Diseño de vigas

¡Importante! Cuando la longitud no arriostrada es diferente de la longitud del miembro, el coeficiente Cb debe calcularse manualmente o asumir un valor igual a la unidad.

Diseño Todas las consideraciones e información detallada acerca del procedimiento de diseño según el material, norma y código de diseño a ser empleados, están desarrolladas en este Manual, para lo cual puede referirse a capítulos anteriores correspondientes al material que desea utilizar.

Requerimientos de detallamiento Para obtener información detallada referente a aquellas provisiones adoptadas por el programa para el detallamiento de vigas de hormigón armado, referirse al capítulo de diseño de vigas de hormigón armado del Manual.

Módulo de diseño de vigas Esta sección describe las opciones disponibles en el módulo de diseño de vigas. Como todos los módulos de diseño, el diseño se ejecuta automáticamente, donde el usuario ingresa únicamente la geometría, los materiales y los parámetros de diseño. Así también el programa realiza una verificación de armadura en el caso de que el usuario proporcione una armadura manualmente o realice cambios en cargas, material o espesor del muro una vez realizado el diseño el mismo.

Este módulo puede ser independiente del programa principal (no requiere ningún dato del modelo) y se invoca seleccionando Modulo/viga... de la barra de menús, ó puede ser dependiente, siendo necesario seleccionar las vigas del modelo de RA previamente antes de llamarlo.

Pantalla de Datos La primera pantalla que se observa cuando se entra al módulo es la pantalla de datos. En esta pantalla se pueden modificar las propiedades del material, sección, geometría y parámetros de diseño, a través de pestañas desplegables en caso de múltiples opciones.

Observe que todos los datos de la viga y las cargas asignadas han sido generados en el módulo y no así en el programa principal.

475

Capítulo 29: Diseño de vigas

Pantalla inicial del módulo: pantalla de datos

Esta pantalla le permite modificar fácilmente y en repetidas oportunidades tanto dimensiones como cargas y en general cualquier opción que esté habilitada antes y después de observar los resultados de análisis y diseño permitiéndole modelar en forma más precisa el comportamiento de la viga. Como este módulo será usado mayormente para generar los planos estructurales, el usuario debe introducir las dimensiones reales.

En la pantalla de datos se distinguen 3 diferentes ventanas como se muestra en la figura:

476

Capítulo 29: Diseño de vigas

Pantalla de datos con 3 ventanas diferentes

1) Propiedades (A)

2) Dibujo (B)

3) Ayuda (C)

La ventana de propiedades (A), se utiliza para introducir toda la información necesaria de la viga; esta ventana irá cambiando a medida que los datos estén siendo introducidos. Algunas opciones aparecerán únicamente para ciertos códigos de diseño, según el material elegido

La ventana de dibujo (B), representa toda la información ingresada en el área de propiedades, tanto de geometría como de cargas asignadas. El usuario puede modificar todas las propiedades que se encuentren en texto rojo a través de esta área, como se indica a continuación:

Haga clic en el texto rojo de la propiedad que desea modificar y escoja otra de la ventana desplegable o edite este valor.

La ventana de ayuda (C), muestra información acerca del ítem actualmente seleccionado en la ventana de propiedades (A).

477

Capítulo 29: Diseño de vigas

Cada ítem presenta una ayuda

Luego de finalizar con la modelación puede pasar a ver la pantalla de diseño.

Pantalla de Diseño

Para ver la pantalla de diseño presione el segundo botón de la barra que queda al lado del botón de datos. Esta pantalla se utiliza para mostrar los diagramas de requerimiento y capacidad de la viga.

Note que se pueden ver dos diagramas simples al mismo tiempo en la pantalla, permitiendo la comparación entre la curva de demanda o requerimiento y la curva de capacidad, así como diagramas combinados donde se muestran ambas curvas en un solo gráfico, como se observa en la figura

478

Capítulo 29: Diseño de vigas

Diagrama combinado de momentos y diagrama simple de cortante

Observe también que algunos de los diagramas que pueden mostrarse son dependientes de la condición de carga seleccionada. Los diagramas de momento o corte se muestran para la condición de carga seleccionada.

Note la existencia de un Semáforo en la esquina superior derecha. Este semáforo es un indicador de estatus de diseño donde: la luz roja indica que la relación de esfuerzos es mayor a la unidad y por lo tanto falla. La luz amarilla indica que la relación de esfuerzos es correcta, pero existe un requerimiento de diseño no satisfecho como la deflexión por ejemplo, y finalmente, la luz verde indica que el estatus de diseño del miembro está bien.

Semáforo

Pantalla de Detallamiento

La pantalla de detallamiento muestra las barras de refuerzo adoptadas en la viga.

En esta pantalla se muestran tanto los estribos verticales como el refuerzo longitudinal. La sección transversal representa el refuerzo requerido en los puntos deseados a lo largo de cada vano. Observe que el usuario no puede manipular directamente esta figura, sin embargo, si selecciona el botón DXF se crea un archivo CAD, el cual se puede manipular fuera del programa. Vea el capítulo de diseño de vigas de hormigón armado para más detalles.

Pantalla de optimización En esta pantalla se realiza la optimización de secciones únicamente de perfiles metálicos y de madera. Esta opción, en particular, permite el cambio de secciones por otras de acuerdo al criterio implícito en el conjunto de secciones proporcionado y a las relaciones límites de esfuerzos y/o

479

Capítulo 29: Diseño de vigas

deflexiones. Es decir, que la sección original podrá ser reemplazada por otra que resista las solicitaciones impuestas, y además, se encuentre antes de la sección original en la lista del conjunto especificado para la optimización.

Para más detalles acerca de comandos y procedimientos para la optimización de secciones, referirse al capítulo correspondiente de este Manual.

Reportes y salida de resultados por pantalla Este módulo de detallamiento permite generar un reporte donde se encuentran tanto los datos de entrada y resultados del análisis, como los resultados del diseño.

En el reporte se encuentran:

• el resumen de resultados de análisis que se realiza para todas las combinaciones de carga, en diferentes estaciones espaciadas a igual distancia a lo largo de la viga.

• el resumen de resultados de diseño, a flexión y corte, se realiza para el estado de carga o combinación más crítica por tramo de viga, en 11 estaciones espaciadas a igual distancia a lo largo del tramo de la viga (0.1*largo), en el caso de hormigón armado para detallamiento de armado.

Para ingresar al reporte, presione el botón de cualquiera de las pantallas y se desplegará el reporte de vigas.

Para una explicación detallada de los comandos en este reporte, vea la sección Reporte del capítulo Impresión de Gráficos y Reportes.

480

Capítulo 30: Muros basculantes

Capítulo 30: Muros basculantes

Este capítulo describe las opciones disponibles en le modulo para el diseño y detallamiento de muros basculantes. Igual que en el resto de los módulos de diseño, el objetivo es obtener un diseño económico y funcional que además esté de acuerdo a la práctica común del ingeniero. Este módulo puede ser independiente del programa principal ó puede ser dependiente, siendo necesario seleccionar un muro basculante del modelo de RA, para más información referirse al Capítulo de Diseño y detallamiento.

Pasos de diseño

Introducción de datos El usuario debe introducir todos los datos necesarios de geometría para la definición del muro antes de realizar el análisis y diseño.

Esta introducción se realiza a través de ventanas desplegables en caso de múltiples opciones o mediante teclado. Todos los datos de entrada como las propiedades del material, geometría y parámetros de diseño pueden ser modificados en cualquier momento antes y después del análisis. Vea el capítulo de Módulos de Detallamiento para más detalles sobre el manejo y organización general de los diferentes módulos de diseño.

Detallamiento Una vez introducido el muro puede procederse con el análisis, diseño y verificación del mismo. La pantalla de diagramas y el reporte mostrarán las diferentes solicitaciones y resistencias de los elementos del muro de acuerdo al código de diseño empleado (ACI 318 y/o ACI 551R-92). El reporte muestra adicionalmente las condiciones de estabilidad global del muro a volteo.

Optimizar/Verificar diseño El usuario al momento de ingresar, ya sea a la pantalla de diagramas, detallamiento o a la de reporte, obtendrá automáticamente resultados de diseño de acuerdo a los parámetros definidos en la pantalla de datos. Cada vez que se modifiquen valores que influyan en el diseño, como: datos de geometría, parámetros de diseño o de configuración, el usuario el usuario tendrá la opción de perder la armadura actual para que el programa realice una nueva optimización o mantener la misma.

En el caso en que el usuario desee verificar una determinada armadura, podrá introducirla manualmente y obtener resultados automáticamente en la pantalla de reporte.

Nota.- El programa preguntará al usuario si desea perder el refuerzo actual cada vez que modifique alguno de los siguientes datos: Número de nivel, niveles de igual altura, altura del muro, alturas del muro, longitud de panel, claros, capas de refuerzo, criterio de diseño por valores de espaciamiento, tamaños de barra ó la serie de barras en la pantalla de configuración.

Si el usuario cambia la armadura en la pantalla de detallamiento y desea ver rápidamente los efectos

de este cambio en el muro podrá presionar el botón para realizar un “Verificar diseño” y ver los resultados reflejados en el semáforo, el cual indicará el estatus del muro.

481

Capítulo 30: Muros basculantes

Así también el usuario podrá realizar un “Optimizar diseño” presionando el botón para obtener un nuevo diseño sugerido por el módulo si es que los datos iniciales cambiaron o, volver al diseño sugerido inicialmente.

482

Capítulo 30: Muros basculantes

Pasos generales de diseño para muros basculantes

Diagrama de flujo que detalla los pasos requeridos para el diseño de muros.

483

Capítulo 30: Muros basculantes

Notas Técnicas

Terminología En general se han adoptado los siguientes nombres para las diferentes partes o elementos del muro:

• Parapeto

• Muro o panel

• Pie de muro

Diferentes partes de un muro basculante

Generalidades Las características generales del módulo son:

• Introducción gráfica de geometría y cargas en el muro.

• Opciones para definir las restricciones al nivel de fundación de acuerdo al método de análisis escogido (Apoyo en la base: empotrado, articulado ó resortes a sólo compresión).

• Introducción gráfica de claros o aberturas de acuerdo una de las cuatro esquina del muro como esquina de referencia.

• Consideración de fundaciones: aisladas o continuas.

• Análisis de muros mediante los métodos: SIMPLIFICADO (método con elementos lineales) y FEM (método de elementos finitos).

484

Capítulo 30: Muros basculantes

• Diseño automático de acuerdo a los códigos ACI 318 y ACI 551R-92.

• Consideración de biseles en el diseño.

• Consideración de capas: simple o doble de refuerzo.

• Ayuda contexto sensitiva completa.

• Manejo de ancho y alto variables con cambios de espesor y refuerzo.

• Consideración de peso propio.

• Consideración de cargas verticales puntuales o distribuidas con o sin excentricidad, en cualquiera posición a lo largo de los niveles definidos.

• Consideración de cargas laterales puntuales, distribuidas o de sismo en el plano

• Consideración de cargas de presión y de sismo fuera del plano.

• Presentación de diagramas de momentos, axiales y cortantes.

• Presentación de diagrama FEM con escala de valores de fuerzas, esfuerzos y deformaciones.

• Opción para verificar rápidamente el muro y actualizar resultados en cualquier momento.

• Opción para optimizar el muro.

• Opción para exportar gráficos de las diferentes pantallas a archivos DXF.

• Opción para salvar datos, resultados y refuerzo.

• Reporte detallado.

Limitaciones Los aspectos no cubiertos son:

• Claros o aberturas no rectangulares.

• Muros no rectangulares.

• Diseño de columnas (al ras) o pilastras en el caso de que el esfuerzo vertical sea mayor a 0.06*f’c.

• Diseño por separado de pie de panel y parapeto. Ambos presentarán un refuerzo obtenido de la extensión del refuerzo superior e inferior del muro, respectivamente.

• Diseño de izado.

Normas de diseño Las versiones de las normas consideradas en la presente versión son:

• ACI. American Concrete Institute. Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI 318-99 (ACI 1999).

• ACI. American Concrete Institute. Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI 318-05 (ACI 2005).

• ACI. American Concrete Institute. Tilt-Up Concrete Structures. ACI 551R-92.

485

Capítulo 30: Muros basculantes

Geometría De acuerdo a la Norma ACI 551R-92 Sección 2.2 la relación altura a espesor (lu/h) deberá ser mayor o igual a 30, para considerarse un muro esbelto. Los muros basculantes normalmente exceden este valor presentando relaciones entre 40 y 50 o más, por lo tanto según sección 2.1.2 de la misma Norma y debido a aspectos constructivos el espesor mínimo a utilizarse será 5.0 in.

El módulo permitirá introducir claros en cualquier posición considerando según “Manual de diseño y construcción Tilt-Up” pág. 9.31, una distancia mínima entre claros de por lo menos 18 in ó 2 veces el espesor. En el caso de tener claros con menor separación se recomienda utilizar el método de análisis FEM, siendo únicamente una limitante, por la consideración anterior, el tener claros en las esquinas o bordes del muro.

486

Capítulo 30: Muros basculantes

Restricciones De acuerdo al método de análisis empleado el usuario podrá escoger entre las siguientes restricciones para el apoyo de la base:

• Articulado: Restringe el movimiento de traslación en los 3 ejes (X, Y, Z), permitiendo la rotación en cualquiera de ellos.

• Empotrado: Restringe el movimiento de traslación y rotación en los 3 ejes (X, Y, Z).

• Resorte sólo a compresión: Opción habilitada únicamente para FEM, restringe la traslación en los ejes X y Z colocando además un resorte a sólo compresión en el eje Y con una rigidez traslacional igual a 1E08 [Kip/in].

El uso de resorte a sólo compresión es necesario, cuando el muro está apoyado sobre la fundación y no forma una sola estructura con ella, ya que tiende a desprenderse de la misma al estar sometido a cargas laterales en el plano.

Todos los demás nudos serán restringidos únicamente a traslación en el eje Z.

Cargas El módulo permite introducir: cargas verticales en el plano, cargas laterales en y fuera del plano.

Cargas verticales en el plano: Las cargas verticales o cargas axiales se dividen en dos grupos:

• Puntuales: definidas a partir del extremo izquierdo del muro y situadas a una distancia X a lo largo de cada nivel, pueden tener una excentricidad medida a partir del eje longitudinal del muro, siendo representada en el gráfico como un momento puntual alrededor del eje X.

El módulo permite solamente excentricidades positivas y negativas tomando el caso más desfavorable.

• Distribuidas: definidas por nivel, pueden tener una excentricidad medida a partir del eje del muro, permitiendo al usuario introducir momentos distribuidos a lo largo del muro alrededor del eje X.

Cargas laterales en el plano: Cargas puntuales en el plano aplicadas en dirección perpendicular al eje longitudinal del muro, pueden ser debidas a viento o sismo y son definidas por nivel.

Cargas laterales fuera del plano: Son las cargas más significativas en el diseño de muros basculantes; son cargas de presión fuera del plano aplicadas en dirección perpendicular al eje longitudinal del muro, pueden ser debidas a viento o sismo.

Distribución de cargas concentradas Para utilizar el método de análisis Simplificado, las cargas concentradas deberán ser consideradas uniformes y por lo tanto ser distribuidas según los criterios de las Normas a seguir:

487

Capítulo 30: Muros basculantes

• ACI 318: El ancho efectivo para cada carga concentrada no deberá exceder la distancia centro a centro entre ellas ó 4 veces el espesor del muro. (Sección 14.2.4).

• ACI 551R-92: El ancho efectivo para cada carga concentrada no deberá exceder el ancho de carga más un ancho igual al incremento 2 vertical a 1 horizontal a cada lado de las líneas de pendiente hasta la sección de diseño sin pasar los límites del muro ó la separación entre cargas. (Sección 2.7.5).

Combinación de cargas Se tienen dos grupos de combinaciones de carga:

Combinaciones de servicio: que son utilizadas para las verificaciones de estabilidad global y deflexiones.

Combinaciones de factores de carga: que son utilizadas para el diseño de hormigón del muro. El método adoptado para este material es el de estados límites últimos y por lo tanto las combinaciones de diseño serán factorizadas.

Note también que Ud. puede generar automáticamente las combinaciones que requiera mediante el generador de combinaciones de carga, cuyas combinaciones provienen de ACI 551R-92 Sección 2.3.5, ACI 318-05 Sección 9.2.1, ASCE 7-05 o UBC 97 Sección 1612.2.1, de acuerdo al archivo de generador de combinaciones escogido.

Optimización de diseño del muro El módulo realiza una optimización de diseño automático del muro de acuerdo al criterio y valores que el usuario defina inicialmente.

Pudiendo escoger el criterio entre:

• Espaciamiento: el usuario deberá introducir los espaciamientos que desea sean considerados en el diseño para encontrar el tamaño de barra cumpla con la resistencia y requerimientos de la Norma de forma óptima. El módulo tomará siempre en cuenta los valores introducidos por el usuario aunque estos estén por encima del valor máximo según ACI 318 Sección 14.3.5. En tal caso, el programa reportará advertencias en el diseño obligando al usuario a cambiar estos valores para obtener un diseño satisfactorio y haciéndolo conciente de ese error.

• Tamaño de barras: el usuario deberá seleccionar los tamaños de barra que desea sean considerados en el diseño para encontrar el espaciamiento que cumpla con la resistencia y requerimientos de la Norma de forma óptima. En el caso de que ninguna de las barras escogidas logre satisfacer los requerimientos, el usuario obtendrá advertencias en el diseño, viéndose obligado a cambiar los tamaños de barra y realizar una optimización de diseño.

• Área de acero: el usuario deberá especificar el tamaño de barras e introducir los espaciamientos. El programa hallara el área de refuerzo por cada tamaño de barras que cumpla con la resistencia y los requerimientos por Norma y seleccionara el área mínima como optima.

Una vez analizado el muro, el programa divide al mismo en franjas horizontales y verticales formando segmentos, los cuales son diseñados con la envolvente de momentos flectores máximos positivos y negativos, así como con la envolvente de cortantes para las combinaciones de carga definidas inicialmente.

488

Capítulo 30: Muros basculantes

División de segmentos por franjas Con la finalidad de obtener una armadura continua se determina el segmento crítico por franja vertical y horizontal y se asigna la armadura obtenida en el diseño a dichas franjas.

El acero requerido en los criterios es determinado por las cuantías mínimas definidas por la Norma, tanto para armadura vertical como para horizontal y por la resistencia a flexión fuera del plano y corte en el plano para armadura vertical y horizontal, según el caso más desfavorable en ambos sentidos.

Hipótesis El método de diseño considerado por el programa es el “Diseño Alternativo de Paredes Delgadas” (ACI 14.8) el cual considera la flexión secundaria debida a la deflexión del muro (efecto P-∆), en función al momento de inercia de agrietamiento.

Donde:

Mu = Momento factorizado

Mua = Momento factorizado en la sección media del muro debido a cargas laterales y verticales excéntricas

Pu = Fuerza axial factorizada

∆u = Deflexión a la mitad del muro debido a cargas factorizadas

Donde:

lc = altura libre entre soportes

Ec = módulo de elasticidad del concreto

Icr = momento de inercia de agrietamiento

489

Capítulo 30: Muros basculantes

Este método, es un método de aproximación por iteraciones para calcular la rigidez a flexión de la sección donde se obtendrán las máximas deflexiones y los momentos P-∆. Εs utilizado en muros esbeltos (relación altura a grosor > 40) cargados axialmente, con cargas fuera del plano, cuyo momento de agrietamiento no excede a φ veces el momento nominal y cuya deflexión no excede h/150.

Características El diseño de acuerdo a la Norma ACI, presenta las siguientes características:

El diseño a flexión se realiza en base a una distribución de esfuerzos rectangular como describe la sección 10.2.7. Las hipótesis de diseño de ACI 10.2.7 se aplican totalmente, particularmente el uso del bloque de esfuerzos equivalentes. En el caso de que el área de refuerzo para flexión exceda el límite permisible de 0.6ρb (ACI 318-99 Sección 14.8.2.3) ó 0.004 de deformación unitaria a tensión para acero en tensión a resistencia nominal (ACI 318-05 Sección 10.3.5) se requerirá armadura de compresión. Siendo recomendable en este caso incrementar las dimensiones de la sección del muro o la resistencia del hormigón.

Equilibrio de una sección de muro con dos capas de refuerzo

Por lo tanto, el momento nominal para una capa de refuerzo situada en el centro de la sección será:

Para dos capas de refuerzo e ignorando el refuerzo a compresión, el momento nominal será:

Donde:

Ase = Área de refuerzo efectiva

d = distancia de la fibra extrema a compresión al centroide del refuerzo a tensión

a = altura del bloque rectangular equivalente de esfuerzos 490

Capítulo 30: Muros basculantes

As = Área de refuerzo a tensión

h = espesor de muro

b = ancho de muro considerado

El diseño a corte se realiza de acuerdo a la Sección 11.10 y 21.7 de la norma ACI,

cuando . Donde: Vu = fuerza de corte factorizada, Acv = área de la sección de concreto paralela a la dirección del corte, f’c = resistencia a compresión del concreto.

Las secciones críticas a corte pueden o no coincidir con las de flexión.

Refuerzo mínimo y máximo Cierta cantidad de refuerzo debe ser utilizada en el muro para controlar cambios por temperatura y/o contracción.

El usuario es libre de introducir el refuerzo mínimo y máximo, que desea que el programa considere para el diseño. Los valores por defecto están de acuerdo a Sección 14.3 de la Norma ACI. Y son:

• Para grado 60:

0.0020 vertical

0.0012 horizontal

o Para grado 40:

0.0024 vertical

0.0020 horizontal

o Si es muro cortante:

0.0025 en ambas direcciones

Estas cuantías han sido intercambiadas considerando que el muro franqueará verticalmente por lo que requerirá mayor refuerzo vertical (Manual del Diseño y Construcción Tilt-Up, pág. 9-30). Caso contrario el muro franqueará horizontalmente y requerirá mayor refuerzo horizontal. Por lo tanto se utilizará la cuantía principal para el caso de mayor requerimiento y secundaria para el otro sentido.

Para muros altos o muros con espesor mayores a 10 pulgadas, el refuerzo puede colocarse en dos capas para incrementar la resistencia y rigidez en cuanto a requisitos de deflexión.

En ningún caso el espaciamiento entre barras verticales u horizontales deberá exceder 18 in (457mm) o 3 veces el espesor de acuerdo a la sección 14.3.5.

Además será necesario refuerzo alrededor de cada claro de acuerdo a la sección 2.7.3 de ACI 551R-92. ó 14.3.7 de ACI 318, tanto diagonal como perimetral.

Módulo de diseño/detallamiento de muros basculantes Esta sección describe las opciones disponibles en el módulo de diseño/detallamiento de muros basculantes. Como en todos los módulos de detallamiento, el diseño se ejecuta automáticamente, donde el usuario ingresa únicamente la geometría, los materiales y los parámetros de diseño. Así también el programa realiza una verificación de armadura en el caso de que el usuario proporcione una armadura manualmente o realice cambios en cargas, material o espesor del muro una vez realizado el diseño el mismo.

491

Capítulo 30: Muros basculantes

Este módulo puede ser independiente del programa principal (no requiere ningún dato del modelo) y se invoca seleccionando Módulos/Muro Basculante... de la barra de menús, ó puede ser dependiente, siendo necesario seleccionar un muro basculante del modelo de RA e ingresando a Módulos/Muro Basculante...para más información referirse al Capítulo Diseño y detallamiento.

Acceso al módulo de muros basculantes del menú principal

Pantalla de Datos La primera pantalla que se observa cuando se entra al módulo es la pantalla de datos. En esta pantalla se pueden introducir los datos geométricos, materiales y cargas del muro.

Pantalla inicial del módulo: pantalla de datos

Esta pantalla también le permite modificar fácilmente y en repetidas oportunidades tanto dimensiones como cargas permitiéndole optimizar el diseño del muro. 492

Capítulo 30: Muros basculantes

En la pantalla de datos se distinguen 3 diferentes ventanas como se muestra en la figura:

Pantalla de datos con 3 ventanas diferentes

1) Propiedades (A)

2) Dibujo (B)

3) Ayuda (C)

La ventana de propiedades (A), se utiliza para introducir toda la información necesaria del muro; esta ventana irá cambiando a medida que los datos estén siendo introducidos. Algunas opciones aparecerán únicamente para ciertas opciones.

La ventana de dibujo (B), representa toda la información ingresada en el área de propiedades, tanto de geometría como de cargas asignadas. El usuario puede modificar todas las propiedades que se encuentren en texto rojo a través de esta área, como se indica a continuación:

493

Capítulo 30: Muros basculantes

Para editar un valor: haga clic en el texto rojo de la propiedad que desea modificar, escoja el valor de la ventana desplegable.

La ventana de ayuda (C), muestra información acerca del ítem actualmente seleccionado en la ventana de propiedades (A).

Cada ítem de las propiedades está descrito en la ayuda contexto sensitiva.

Luego de introducir todos los datos se puede pasar a ver las pantallas de diagramas o detallamiento, paso que involucra la optimización automática del muro.

Pantalla de Diagramas Según el método de diseño elegido el usuario tendrá habilitada una o mas de las siguientes pantallas de diagramas:

Pantalla de Diagramas(método de análisis: simplificad o FEM)

494

Capítulo 30: Muros basculantes

Pantalla de Diagramas(método de análisis: FEM)

Para ver la pantalla de diagramas presione el botón habilitado de la barra ó . La primera pantalla mostrada en la figura anterior (método simplificado o FEM) se utiliza para mostrar los diagramas de fuerzas, esfuerzos y deflexiones en el muro por franjas y la segunda (método FEM) para mostrar los esfuerzos y desplazamientos en el muro obtenidos mediante elementos finitos.

Note que para el la opción de Diagramas se pueden observar dos diagramas simples al mismo tiempo en la pantalla, permitiendo la comparación de diferentes fuerzas, esfuerzos o deformaciones.

495

Capítulo 30: Muros basculantes

Diagrama de deformaciones y de momentos fuera del plano

Observe también que en el extremo superior izquierdo, se dispone de una opción para elegir la franja del muro para la cual se van a desplegar los diagramas.

Note la existencia de un Semáforo en la esquina superior derecha. Este semáforo es un indicador de estatus de diseño donde: la luz roja indica que la relación de esfuerzos es mayor a la unidad y por lo tanto falla. La luz amarilla indica que la disposición del refuerzo es incorrecta. Estas fallas por lo general resultan cuando el refuerzo no cumple alguna disposición o requerimiento de la Norma o cuando el espesor del muro, o cargas han sido cambiados en forma posterior a la optimización, conservando el refuerzo anterior, y realizando únicamente una verificación de la armadura pudiendo ésta cumplir o no con la relación de esfuerzos menor a la unidad o con algún requerimiento de Norma. En el reporte se detalla la o las razones para la luz roja o amarilla. Finalmente, la luz verde indica que el estatus de diseño del muro está bien.

Semáforo

496

Capítulo 30: Muros basculantes

Pantalla de Detallamiento

La pantalla de detallamiento muestra las barras de refuerzo adoptadas para el muro.

Esta planilla se utiliza para ingresar el acero de refuerzo vertical (A), horizontal (B) y adicional (C), como se muestra en la figura a continuación.

Refuerzo del muro: A) y B); Refuerzo de los claros: C)

497

Capítulo 30: Muros basculantes

En la planilla se tienen tres lengüetas, la primera llamada Barras Verticales contiene los datos para definir el refuerzo vertical, la segunda, Barras Horizontales, contiene la información requerida para definir el refuerzo horizontal, y Refuerzo Adicional, contiene la armadura que va alrededor de los claros, ya sea perimetral o diagonal. Estas barras diagonales y perimetrales no son consideradas en el diseño pero son necesarias para evitar el agrietamiento por contracción o temperatura.

El usuario debe tener en cuenta además, que el refuerzo que se define y muestra en las planillas es por capa de refuerzo, es decir, que si el muro tiene dos capas, presentará igual número de barras en la otra cara del muro, como se muestra en el corte horizontal de la sección en el área de gráfico.

Planilla para la introducción del refuerzo vertical u horizontal

Observe también que existen dos maneras de introducir el refuerzo manualmente, si no es por medio del diseño que lo hace automáticamente:

• Mediante botones que introducen:

o Barras verticales (armadura continua), (armadura discontinua)

o Barras horizontales (armadura continua), (armadura discontinua)

o Refuerzo adicional (armadura perimetral), (armadura diagonal)

Esta opción se utiliza cuando se quiere introducir un refuerzo particular (con tamaño de barra definida). En el caso de armadura continua, el programa le mostrará una ventana de diálogo para introducir el refuerzo por franja según espaciamiento o cantidad de barras. Si escoge por separación, deberá introducir el espaciamiento que desea tengan las barras, obteniendo automáticamente el número de barras que entrarán en la sección de la franja con dicho espaciamiento; si escoge cantidad, introduzca el número de barras para las franjas marcadas, obteniendo el espaciamiento correspondiente a esa cantidad.

El programa calculará automáticamente las longitudes de las barras para cumplir con la geometría y condiciones dadas.

498

Capítulo 30: Muros basculantes

Ventana de diálogo para armadura contínua

En el caso de armadura discontinua ya sea vertical u horizontal, es necesario introducir en la ventana de diálogo, los datos anteriormente mencionados. Además será necesario introducir las distancias a los puntos iniciales y finales de las barras a partir del nivel o eje de referencia escogido en el diálogo.

Ventana de diálogo para armadura discontinua

En el caso de armadura adicional para:

Armadura perimetral es necesario escoger los claros en los que se desea colocar esta armadura y definir el tamaño de barra; además existe la opción de extender las barras horizontal y verticalmente, caso contrario se adoptará una distancia de 2 pies a cada determinado por Norma.

Armadura diagonal será necesario introducir el ángulo para dichas barras y la longitud de las mismas.

499

Capítulo 30: Muros basculantes

Ventana de diálogo para armadura adicional perimetral

Ventana de diálogo para armadura adicional diagonal

Por medio de la planilla. Aquí se tiene la completa libertad de adoptar cualquier tipo de refuerzo. Para cada grupo o línea de la planilla se pide el diámetro de la barra, la separación, el nivel o eje de referencia, la distancia al punto inicial, la distancia al punto final. Note que al definir un nuevo grupo de armaduras, se tomará valores por defecto para el resto de los parámetros. Estos valores se deben editar de acuerdo a las características requeridas para el nuevo grupo, tomando en cuenta que los valores de cantidad y espaciamiento son dependientes y cambiarán de acuerdo a las dimensiones de la sección.

Independientemente de cómo haya introducido el refuerzo, Ud. puede editar los valores de la planilla para tener un control preciso de las longitudes y posiciones de las barras.

Nota.- Observe que el usuario puede exportar la figura, presionando el botón DXF para crear un archivo CAD, el cual se puede editar con cualquier programa de dibujo.

500

Capítulo 30: Muros basculantes

Pantalla de Configuración

Pantalla de Configuración

Esta pantalla permite al ingeniero tener control de los métodos de cálculo y consideraciones de diseño que se van a adoptar. Observe que los datos cambiados en esta pantalla se guardan junto con el modelo y también pueden definirse como valores por defecto para nuevos modelos con la opción Asignar como valores por defecto.

Estos criterios se definen generalmente una sola vez. Los ítems considerados se muestran en la siguiente tabla:

Opción Descripción

Tipo de fundación Presenta dos opciones: Aislada ó Continua y determina el tipo de fundación utilizada en la simulación del muro. (ACI 551-R92 Sección 2.7.4).

Ancho de fundación Opción habilita para tipo de fundación Aislada. Representa la longitud de la fundación medida a partir de los extremos del muro. Cuando este ancho supera la mitad del muro se considerará como fundación continua. Por lo tanto el ancho efectivo de fundación es igual al ancho definido por el usuario más dos veces el espesor cuando la relación alto/ancho del muro es mayor o igual a la unidad, caso contrario es igual al ancho definido

501

Capítulo 30: Muros basculantes

por el usuario.

Distancia mínima entre bordes Distancia utilizada para evitar traslape de claros.

Carga del parapeto igual al último nivel

Permite considerar cargas en el parapeto igual a las del último nivel.

Considerar biseles En caso afirmativo el diseño y verificación serán realizados tomando en cuenta la influencia del bisel como reducción en el espesor del muro.

Tamaño de bisel Opción habilitada al considerar biseles. Determina el tamaño de bisel.

Criterio de distribución de cargas concentradas

La distribución de cargas concentradas podrá realizarse de acuerdo a ACI 318 Sección 14.2.4 ó ACI 551-R92 Sección 2.7.5

Distribuir la presión a los lados del claro

En caso afirmativo, las presiones aplicadas a los claros se distribuyen a sus lados.

Tamaño de malla (Método FEM) Presenta dos opciones: Automático ó Manual y determina el tamaño de malla para el método de análisis FEM.

Tamaño de malla manual Opción habilitada para tamaño de malla Manual. Permite introducir diferentes tamaños de malla según criterio del usuario.

Número de incrementos Determina el número de incrementos a ser considerado en la aplicación de carga. Normalmente utilizado cuando la solución no converge.

Número de iteraciones por incremento

Determina el número de iteraciones a ser utilizado para encontrar la solución en un incremento. Este valor puede aumentarse si se encontraran problemas de convergencia, obligando de esta manera a llegar a una solución.

Tolerancia para la convergencia Determina el valor mínimo a considerarse en el análisis para encontrar la solución.

Recubrimiento libre Determina el valor de recubrimiento libre para todo el muro incluyendo los claros

Posición de las barras horizontales Presenta dos opciones Exterior e Interior y representa la ubicación de la armadura horizontal respecto de la vertical. Al elegir exterior las barras horizontales serán ubicadas rodeando las verticales por el contrario si se elige interior las barras verticales rodearan a las horizontales.

Despreciar capa de refuerzo a compresión

En caso afirmativo, durante el diseño con dos capas de refuerzo, el refuerzo a compresión será despreciado De lo contrario esta armad ra

502

Capítulo 30: Muros basculantes

despreciado. De lo contrario, esta armadura también será considerada cuando no este zona sometida a compresión.

Momento de inercia para el cálculo del momento de diseño

Selección Momento de inercia Agrietado o Efectivo para el cálculo del momento de diseño.

Límite de máxima relación de deflexión

Permite al usuario ingresar la máxima relación de deflexión para obtener la deflexión admisible. Comúnmente es utilizada la relación de 150.

Factor de seguridad admisible al vuelco

Valor a ser considerado durante la verificación de estabilidad global. Un error será mostrado si el factor de seguridad al volteo es menor al valor ingresado. Es recomendable usar un valor entre 1.5 y 2.0.

Redondeo para separación entre barras

Valor que determina el ajuste de separación entre barras al incremento especificado más cercano. Por consiguiente todos los espaciamientos pueden ser dadas a la décima de pulgada, pulgada, pie, etc. más cercano

Serie de barras Presenta dos opciones: ASTM estándar ó SI estándar y determinada la serie de barras que será utilizada durante todo el proceso de diseño/verificación del muro.

Reportes y salida de resultados por pantalla Este módulo de detallamiento permite generar un reporte donde se encuentran tanto los datos de entrada y resultados del análisis, así como los resultados de optimización/verificación.

En el reporte se encuentran:

El resumen de datos generales (estatus global del muro, geometría, materiales, número de pisos, claros y cargas).

El resumen de resultados del diseño de muros basculantes (estatus, división de los segmentos de diseño, geometría, armadura vertical, esfuerzo vertical, flexión combinada, diagramas de interacción P vs. M, compresión axial, tensión axial, corte y deflexión).

El resumen de resultados del diseño de muros de corte (estatus, división de los segmentos de diseño, geometría, refuerzo, flexión axial combinada, diagramas de interacción P vs. M, compresión axial, tensión axial y corte).

El resumen de resultados del análisis de estabilidad (estatus, momentos resistentes, momentos de volteo y factor de seguridad).

Para ingresar al reporte, presione el botón y se desplegará el reporte, como se muestra a continuación:

503

Capítulo 30: Muros basculantes

Reporte.

Para una explicación detallada de los comandos en este reporte, vea la sección Reporte del capítulo Impresión de Gráficos y Reportes.

El reporte despliega toda la información detallada del muro y su diseño. En la parte superior se despliega la información general que consiste en la descripción de la geometría, materiales, tipo de fundación, cargas, etc.

Luego se presentan los resultados que incluyen el diseño de muros basculantes y muros de corte para cada segmento de muro. Para cada diseño se presenta una grafica con la división de los segmentos, a continuación se describen todos los ítems considerados durante el diseño y los resultados para todos los segmentos:

504

Capítulo 30: Muros basculantes

Resultados de diseño de muros basculates

La relación de resistencia es mostrada gráficamente en un diagrama de barra que toma el valor máximo obtenido entre la relación del momento factorizado y el momento nominal multiplicado por el factor φ ( ) y la relación entre el momento de agrietamiento y el momento nominal multiplicados por el factor φ ( )de manera simultánea. Si la resistencia no es suficiente para resistir alguno de estos momentos aplicados, el diagrama de barra se mostrará en rojo. De esta manera el usuario podrá evaluar rápidamente el diseño a flexión del muro.

El reporte también muestra toda la información requerida para el diseño del refuerzo al corte, así como la relación entre el corte factorizado y cortante nominal y la relación entre área de acero requerida y provista. De igual manera se muestran los valores de deflexión máximos y obtenidos, junto con la relación de deflexiones.

Finalmente el reporte presenta resultados de estabilidad del muro a volteo, que incluye un resumen de momentos de volteo y resistentes y el factor de seguridad, mostrando el estatus respectivo como se muestra en la figura a continuación.

Resultados de estabilidad del muro

Una descripción de las variables principales y de la nomenclatura adoptada se explica en la sección de notas al final del reporte.

505

Capítulo 30: Muros basculantes

Notas aclaratorias

Referencias TCA (Tilt-UP Concrete Association), “The Tilt-Up Design and Construction Manual”

(Manual del Diseño y Construcción Tilt-Up), Hugh Brooks, 5th Edition HBA Publications, 2005. (versión en español)

PCA (Portland Cement Association), “Tilt-Up Load-Bearing Walls”, 3rth Edition, USA, 1994.

SEAOSC (Structural Engineers Association OF Southern California), “Recommended Tilt-Up Wall Design”, LA California – USA, 1979.

CAC (Cement Association of Canada), “Tilt-Up Concrete Wall Panels”, 2nd Edition, Canada, 2003.

506

Capítulo 31: Muros de concreto

Capítulo 31: Muros de concreto

El módulo le permite al usuario diseñar fácil y rápidamente muros de concreto. Igual que en el resto de los módulos de diseño, el objetivo es obtener un diseño económico y funcional que además esté de acuerdo a la práctica común del ingeniero. Este módulo puede ser independiente del programa principal ó puede ser dependiente, siendo necesario seleccionar un muro de concreto del modelo RA; para más información referirse a la Transferencia de cargas de RAM Advanse al modulo de muros en las Notas Técnicas de este Capítulo.

Pasos de diseño

Introducción de datos El usuario debe introducir todos los datos necesarios de geometría para la definición del muro antes de realizar su análisis y diseño. Esta introducción se realiza a través de ventanas despegables en caso de múltiples opciones o mediante teclado. Todos los datos de entrada como las propiedades del material, geometría y parámetros de diseño pueden ser modificados en cualquier momento antes y después del análisis. Vea el Capítulo de Módulos de Diseño y Detallamiento para más detalles sobre el manejo y organización general de los diferentes módulos de diseño.

Detallamiento Una vez introducido el muro puede procederse con el análisis, diseño y verificación del mismo. La pantalla de diagramas y el reporte mostrarán las diferentes solicitaciones y resistencias de todo el muro y sus secciones de acuerdo al código de diseño empleado ACI 318-05. Posteriormente el usuario podrá dirigirse a la pantalla de detallamiento para ver el refuerzo obtenido en la optimización o ver su correspondiente verificación si es que se trata de una armadura anteriormente definida. Además, el usuario tiene la posibilidad de ingresar a la pantalla de diagrama de interacción, la cual muestra la superficie de flexión axial combinada de la sección transversal del muro.

El reporte muestra adicionalmente las capturas de los diagramas de interacción seleccionados por el usuario en la pantalla de diagramas de interacción.

Optimizar/Verificar diseño El usuario al momento de ingresar, ya sea a la pantalla de diagramas, detallamiento o a la de reporte, obtendrá automáticamente resultados de diseño de acuerdo a los parámetros definidos en la pantalla de datos. Cada vez que se modifiquen valores que influyan en el diseño (datos de geometría o parámetros de diseño o de configuración), el usuario tendrá la opción de perder la armadura actual para que el programa realice una nueva optimización o mantener la misma.

Nota.- El programa preguntará al usuario si desea perder el refuerzo actual cada vez que modifique alguno de los siguientes datos: Número de nivel, niveles de igual altura, altura del muro, alturas del muro, longitud de panel, claros, elementos de rigidez, criterio de diseño por, valores de espaciamiento, tamaños de barra, ó cualquier parámetro de la pantalla de configuración.

Si el usuario cambia la armadura en la pantalla de detallamiento y desea ver rápidamente los efectos

de este cambio en el muro podrá presionar el botón para realizar un “Verificar diseño” y ver los resultados reflejados en el semáforo, el cual indicará el estatus del muro.

507

Capítulo 31: Muros de concreto

Así también el usuario podrá realizar un “Optimizar diseño” presionando el botón para obtener un nuevo diseño sugerido por el módulo si es que los datos iniciales cambiaron o, volver al diseño sugerido inicialmente.

508

Capítulo 31: Muros de concreto

Pasos generales de diseño para muros de concreto

Diagrama de flujo que detalla los pasos requeridos para el diseño de muros de concreto

509

Capítulo 31: Muros de concreto

Notas Técnicas

¡Importante! Se recomienda leer estas notas con cuidado ya que son un resumen del alcance, hipótesis y metodologías adoptadas.

Terminología En general se han adoptado los siguientes nombres para las diferentes partes o elementos del muro:

Muro

Elementos de rigidez

o Alas

Elementos de borde

Diferentes partes de un muro de corte

Generalidades Las características generales del módulo son:

o Introducción gráfica de geometría y cargas en el muro.

o Introducción gráfica de claros o aberturas y franjas verticales adicionales.

o Consideración de elementos de rigidez como elementos de borde y alas.

o Consideración de dos tipos de uniones en la base del muro: aislada o continua.

o Análisis de muros mediante FEM (método de elementos finitos).

o Diseño automático de acuerdo al código ACI 318-05.

o Consideración de una o dos capas de refuerzo.

o Ayuda contexto sensitiva completa.

o Consideración de peso propio.

510

Capítulo 31: Muros de concreto

o Consideración de cargas verticales muertes, vivas u otras definidas en el botón manejador de condiciones de carga, concentradas con o sin excentricidad, en cualquier posición a lo largo de los niveles definidos y distribuida con o si excentricidad

o Consideración de cargas laterales en el plano, concentradas en cualquier posición a lo largo de los niveles definidos, distribuida a lo largo o en cualquiera de los niveles existentes y el peso sísmico.

o Consideración de cargas laterales fuera del plano, presión a lo largo o en cualquiera de los niveles existentes y el peso sísmico.

o Consideración de fuerzas globales: fuerzas en cualquier dirección y en cualquier posición en el muro.

o Presentación de diagrama FEM con escala de valores de fuerzas, esfuerzos y deformaciones.

o Presentación de diagrama de interacción para toda la sección transversal del muro incluyendo elementos de rigidez.

o Opción para verificar rápidamente el muro y actualizar resultados en cualquier momento.

o Opción para optimizar el diseño del muro.

o Opción para exportar gráficos de las diferentes pantallas a archivos DXF.

o Opción para salvar datos, resultados y refuerzo.

o Reporte detallado.

Limitaciones Los aspectos no cubiertos son:

o Claros o aberturas no rectangulares o cuadradas.

o Diseño para cargas fuera del plano.

o Optimización de elementos de borde o alas.

o Consideración de vigas de acoplamientos en muros y su diseño.

Normas de diseño La norma actualmente considerada en la presente versión es:

o ACI. American Concrete Institute. Building Code Requirements for Structural Concrete. ACI 318-05 (ACI 2005).

Geometría

Muro El módulo permitirá introducir claros en cualquier posición una distancia mínima entre claros de por lo menos 18 in (valor por defecto en la pantalla de configuración). Por lo tanto no existen limitaciones para claros en esquinas.

De acuerdo con “ACI - Essential Requirements for R/C Buildings” (Requerimientos esenciales para construcciones de HºAº), el espesor mínimo de muro permitido en el módulo es determinado por el mínimo entre los siguientes 3 criterios.

511

Capítulo 31: Muros de concreto

o bw >= 6 in

o relación altura-espesor >= 20

o relación longitud-espesor >= 25

Elementos de rigidez El usuario tiene la posibilidad de incluir columnas (elementos de borde) o muros de intersección (alas) para aumentar la rigidez del muro de concreto.

En muros con alas, se considerará la influencia del ala en el comportamiento del muro, seleccionando anchos de alas apropiados. De acuerdo con el código de diseño ACI, el ancho efectivo de ala o sección de alas debe extenderse desde la cara del alma, una distancia igual al menor valor entre la mitad de la distancia a un muro adyacente y el 25 por ciento del total de la altura del muro. (ACI 318-05 Sección 21.7.5.2). El módulo calculará el ancho efectivo con el segundo criterio (0.25 lw), mas el usuario debe asignar el ancho de ala de acuerdo al primer criterio.

Ancho efectivo de ala

Cuando el módulo de muro de concreto es utilizado en interacción con RAM Advanse, la interacción de fuerzas transmitida al módulo considera el efecto de muros de intersección (alas). Por lo tanto, el usuario no tendrá que estimar el ancho de ala debido a que las fuerzas que se reciban del programa principal están ya reducidas debido a estos. ACI 318-05 Sección 21.7.5.2 concuerda con utilizar un análisis más detallado, en este caso RAM Advanse, en lugar de considerar anchos de ala efectivos.

Los elementos de borde están definidos como secciones de columnas. De acuerdo con “ACI - Essential Requirements for R/C Buildings” (Requerimientos esenciales para construcciones de HºAº) y razones constructivas, el espesor de los elementos de borde no debe ser menor a hn/16 o bw, donde hn es la distancia libre entre apoyos laterales y bw es el espesor del muro. Además la sección no debe tener una longitud horizontal en la dirección del muro menor a 12 pulgadas.

512

Capítulo 31: Muros de concreto

Restricciones Las restricciones pueden ser modificadas en la ventana de configuración. El usuario podrá escoger entre las siguientes restricciones para el apoyo en la base del muro:

o Articulado: Restringe el movimiento de traslación en los 3 ejes (X, Y, Z), permitiendo la rotación en cualquiera de ellos.

o Empotrado: Restringe el movimiento de traslación y rotación en los 3 ejes (X, Y, Z).

Cargas

Cargas verticales: Las cargas verticales o cargas axiales se dividen en tres grupos:

o Peso propio: son cargas definidas por las características del muro a analizar. Estas cargas pueden ser cualquiera de las definidas en el manejador de las condiciones de carga , por defecto existe una carga muerta definida como peso propio.

o Puntuales: definidas a partir del extremo izquierdo del muro y situadas a una distancia X a lo largo de cada nivel; estas cargas pueden ser cualquiera de las definidas en el manejador de condiciones de carga y además pueden tener una excentricidad medida a partir del eje longitudinal del muro, siendo representada en el gráfico como un momento puntual alrededor del eje Z.

o Distribuidas: definidas por nivel, estas cargas pueden ser cualquiera de las definidas en el manejador de condiciones de carga y además puede tener alguna excentricidad medida a partir del eje longitudinal del muro.

Cargas laterales en el plano: Cargas puntuales en el plano aplicadas en dirección perpendicular al eje longitudinal del muro; pueden ser debidas a viento, sismo, carga muerta o viva u otras fuerzas definidas por el usuario en el manejador de condiciones de carga. Las cargas verticales son divididas en tres grupos definidos como sigue a continuación:

o Puntuales: Ubicadas a una distancia X a lo largo de cada nivel, estas cargas pueden ser por viento o sismo y pueden presentar excentricidades medidas a lo largo del eje Y, siendo representada en el gráfico como en momento puntual alrededor del eje Z.

o Distribuidas: ubicadas a lo largo de cualquier nivel en la dirección del eje X, son cargas debidas a viento o sismo, para las cuales el usuario puede asignar diferentes valores por nivel.

o Peso sísmico: Es considerado como una fuerza factorizada del peso del muro en dirección del plano.

Cargas laterales fuera del plano: Cargas puntuales en el plano aplicadas en dirección perpendicular al eje longitudinal del muro; pueden ser debidas a viento, sismo, carga muerta o viva u otras fuerzas definidas por el usuario en el manejador de condiciones de carga., y son definidas como sigue a continuación:

o Carga de presión: La presión es el resultado de la acción del viento u otra definida en el manejador de condiciones de carga. La presión lateral es aplicada de forma perpendicular al plano del muro.

513

Capítulo 31: Muros de concreto

o Peso sísmico: Es considerado como una fuerza factorizada del peso del muro en dirección del plano.

Fuerzas globales: Estas cargas son aplicadas en cualquier dirección y en cualquier posición en el muro, estas son definidas en el manejador de condiciones de carga.

Interacción entre muros y la estructura Muros de corte son elementos diseñados para resistir fuerzas laterales, las cuales no son aplicadas directamente a ellos. La proporción del total de la carga lateral en cualquier piso o nivel soportada por el muro de corte está en base a la rigidez relativa o rigidez de cada elementos de la estructura (interacción muro-pórtico).

Un pórtico rígido se flexiona predominantemente cuando está sometido a cargas de corte, mientras que un muro de corte se flexiona predominantemente al someterse a flexión o estar en voladizo. No obstante cuando el pórtico y el muro están interconectados la diferencia de comportamientos bajo cargas laterales causa una interacción de fuerzas no-uniforme, que se debe a las diferencias de rigidez de todos los elementos de la estructura. (MacLeod, 1998).

a) Deformaciones de un pórtico independiente b) Deformaciones de un pórtico interconectado

y un muro de corte con un muro de corte

El módulo de muro de corte tiene la posibilidad de aplicar las fuerzas obtenidas en el análisis realizado por el programa principal, importando las fuerzas que interactúan en el muro. Como resultado, el usuario obtendrá un muro con fuerzas reales que consideran implícitamente la rigidez del muro y de los otros elementos. Por otro lado si el módulo es utilizado independientemente, el usuario deberá suponer que todas las cargas laterales a ser aplicadas serán resistidas sólo por el muro, ignorando el efecto de la interacción pórtico-muro, el cual es una práctica común en ingeniería civil.

No obstante, el usuario debe aplicar cargas laterales directamente sobre el muro y usar métodos que consideren el efecto de la interacción pórtico-muro, MacLeod (1998) presenta un método que supone que el cortante es constante y que el sistema puede ser simulado como un muro restringido en la parte superior por un resorte de cierta rigidez, lo cual equivaldría a encontrar una fuerza de interacción entre el pórtico y el muro.

514

Capítulo 31: Muros de concreto

a) Estructura real b) Interacción con una c) Pórtico modelado

carga en la parte superior por un resorte

Considerando la anterior, el módulo presente la posibilidad de introducir dos tipos de cargas: cargas verticales en el plano y cargas laterales en el plano.

Combinación de cargas Se tiene un grupo de combinaciones de carga:

Combinaciones de factores de carga: que son utilizadas para el diseño de hormigón del muro. El método adoptado para este material es el de estados límites últimos y por lo tanto las combinaciones de diseño serán factorizadas.

Note también que Ud. puede generar automáticamente las combinaciones que requiera mediante el generador de combinaciones de carga, cuyas combinaciones provienen de ACI 318-05 Sección 9.2.1.

Optimización de diseño del muro El módulo realiza una optimización de diseño automático del muro de acuerdo al criterio y valores que el usuario defina inicialmente.

Pudiendo escoger el criterio entre:

o Espaciamiento: el usuario deberá introducir los espaciamientos que desea sean considerados en el diseño para encontrar el refuerzo que cumpla con la resistencia y requerimientos de la Norma. El módulo tomará siempre en cuenta los valores introducidos por el usuario, sin embargo si alguno de estos valores introducidos es mayor al valor máximo de espaciamiento permitido por ACI 318 Sección 14.3.5, 11.10.9.5 y 11.10.9.3, el módulo considerará aquellos valores por debajo del máximo. Si no existen valores menores a iguales al máximo valor permitido por Norma, entonces la Optimización tomará como único valor para el diseño el valor máximo admisible.

o Tamaño de barras: el usuario deberá seleccionar los tamaños de barra que desea sean considerados en el diseño para encontrar el refuerzo que cumpla con la resistencia y requerimientos de la Norma. En el caso de que ninguna de las barras escogidas logre satisfacer los requerimientos, el usuario obtendrá advertencias en el diseño, viéndose obligado a cambiar los tamaños de barra y realizar una optimización de diseño.

o Área de acero: el usuario debe introducir los tamaños de barra y la lista de espaciamientos a ser considerados. El modulo determinara para cada tamaño de acero el área de acero requerida y seleccionara de todas la mínima como optima.

Una vez analizado el muro, el programa divide el muro en franjas horizontales formando segmentos. Un segmento esta definido como una franja horizontal delimitado por claros o borde del muro. La

515

Capítulo 31: Muros de concreto

optimización busca el refuerzo vertical y horizontal requerido de acuerdo a los siguientes criterios: (1) la mínima cuantía dada por norma y (2) la resistencia a corte en el plano. De esta manera, el módulo calculará el refuerzo necesario para cada segmento.

División de segmentos por franjas horizontales

Para los elementos de borde, el módulo inicialmente verifica si los elementos de borde son necesarios de acuerdo a ACI 318-05 sección 21.7.6.3 y calcula la extensión vertical y horizontal del refuerzo transversal de acuerdo a ACI 318-05 secciones 21.7.6.3y 21.7.6.4. Seguidamente, el módulo asigna el refuerzo longitudinal en el rango dado por ACI 318 Sección 21.4.3.1. Entre el nivel cero y el nivel de la extensión vertical se colocará refuerzo transversal especial que consiste en estribos #4 en cada rama de elemento borde con espaciamiento de acuerdo a los siguientes criterios: (1) ACI Sección 21.4.4.2.c y (2) ecuación 21.4 de la Sección 21.4.4.1.

Finalmente, el módulo proveerá a los claros un refuerzo mínimo por contracción y temperatura según ACI 318 Sección. 14.3.7

Hipótesis Las hipótesis para el diseño de muros de concreto son las siguientes:

o Cada elemento es diseñado como muro de carga y muro de corte y el crítico es presentado en el detallamiento.

o El diseño de muros de carga es realizado de acuerdo con las provisiones descritas en el Capitulo 14 de la norma ACI 318-05 para muros sujetos a cargas axiales con o sin flexión. El modulo diseña los muros a flexión axial combinada, compresión axial, tensión axial y corte como columnas de concreto pero considerando las provisiones para muros, para mayor detalle de las provisiones referirse al Capitulo de Diseño y detallamiento de columnas de hormigón armado en este manual.

o El diseño de muros de corte es realizado de acuerdo con las provisiones descritas en la sección 11.10 del ACI 318-05 cuando el muro es sujeto a fuerzas de corte. El modulo diseña los muros de corte a flexión axial combinada, compresión axial, tensión axial y corte.

o Para el diseño de flexión axial combinada, la interacción es determinada para momentos fuera del plano en el diseño de muros de carga y para momentos en el plano para el diseño de muros de corte.

516

Capítulo 31: Muros de concreto

o Columnas de borde son diseñadas como miembros sujetos a flexión incluyendo las provisiones del Capítulo 17 Miembros compuestos sujetos a flexión. El detallamiento en elementos de borde esta dado por la siguiente figura:

Además será necesario refuerzo alrededor de cada claro de acuerdo a la sección 14.3.7 de ACI 318. Por lo menos cada claro debe tener en sus esquinas 2 barras #5 como diagonales extendidas dos pies a cada lado y una barra perimetral #5 extendida 2 pies más allá de los límites del claro para cada lado.

Módulo de diseño/detallamiento de muros de corte Esta sección describe las opciones disponibles en el módulo de diseño/detallamiento de muros de corte. Como en todos los módulos de detallamiento, la optimización de diseño se ejecuta automáticamente donde el usuario ingresa únicamente la geometría, los materiales y los parámetros de diseño. Así también el programa realiza una verificación de armadura en el caso de que el usuario proporcione una armadura manualmente o realice cambios en cargas, material o espesor del muro una vez realizado el diseño el mismo.

Este módulo puede ser independiente del programa principal (no requiere ningún dato del modelo) y se invoca seleccionando Módulos/Muro de Corte de la barra de menús en RAM Advanse. Puede ser dependiente, si se selecciona un muro de concreto de un modelo RAM Advanse y se selecciona Módulos/Muros de concreto entonces el muro es importado con todos los esfuerzos provenientes de RAM Advanse para ser diseñado, para más información referirse al Capítulo de Módulos de Diseño y Detallamiento del Manual.

517

Capítulo 31: Muros de concreto

Acceso al módulo de muros de corte del menú principal

Pantalla de Datos La primera pantalla que se observa cuando se entra al módulo es la pantalla de datos. En esta pantalla se pueden introducir los datos geométricos, materiales, elementos de rigidez y cargas del muro.

Pantalla inicial del módulo: pantalla de datos

Esta pantalla permite modificar fácilmente dimensiones, cargas, así como los elementos de rigidez si son necesarios, permitiéndole optimizar el diseño del muro.

En la pantalla de datos se distinguen 3 diferentes ventanas como se muestra en la figura:

518

Capítulo 31: Muros de concreto

Pantalla de datos con 3 ventanas diferentes

1) Propiedades (A)

2) Dibujo (B)

3) Ayuda (C)

La ventana de propiedades (A), se utiliza para introducir toda la información necesaria del muro; esta ventana irá cambiando en cualquier momento. Algunas opciones aparecerán únicamente para ciertas opciones.

La ventana de dibujo (B), representa toda la información ingresada en el área de propiedades, tanto de geometría, elementos de rigidez, como de cargas asignadas. El usuario puede modificar todas las propiedades que se encuentren en texto rojo a través de esta área, como se indica a continuación:

Para editar un valor: haga clic en el texto rojo de la propiedad que desea modificar, escoja el valor de la ventana despegable.

La ventana de ayuda (C), muestra información acerca del ítem actualmente seleccionado en la ventana de propiedades (A).

519

Capítulo 31: Muros de concreto

Cada ítem de las propiedades está descrito en la ayuda contexto sensitiva. Luego de introducir todos los datos se puede pasar a ver las pantallas de diagramas o detallamiento, paso que involucra la obtención del refuerzo del muro.

Pantalla de Diagramas

Pantalla de Diagrama FEM

Para ver la pantalla de diagramas presione botón habilitado de la barra. Esta pantalla muestra los esfuerzos, fuerzas y desplazamientos en el muro.

Note que el módulo de muros de concreto utiliza los elementos de borde y alas tanto para el análisis del modelo como para los diagramas de interacción.

Para ver los diagramas de los elementos de rigidez, el usuario debe presionar el botón que se muestra en la figura a continuación:

520

Capítulo 31: Muros de concreto

Diagrama de elementos de borde Para cambiar de diagrama, el usuario debe desplegar la ventana y seleccionar el diagrama que desea se muestre en pantalla:

Despliegue la ventana y seleccione una opción

Esta pantalla posee varias opciones para brindar al usuario la posibilidad de un manejo fácil de valores, las cuales están explicadas en la ayuda contexto sensitiva. Todas estas opciones se encuentran en la esquina superior derecha en la barra de herramientas.

Note la existencia de un Semáforo en la esquina superior derecha. Este semáforo es un indicador de estatus de diseño donde: la luz roja indica que la relación de esfuerzos es mayor a la unidad y por lo tanto el muro falla. La luz amarilla indica que la disposición del refuerzo es incorrecta. Estas fallas por lo general resultan cuando el refuerzo no cumple alguna disposición o requerimiento de la Norma. En el reporte se detalla la o las razones para la luz roja o amarilla. Finalmente, la luz verde indica que el estatus de diseño del muro está bien.

Semáforo

Pantalla de Detallamiento Esta pantalla presenta el refuerzo asumido para el muro de concreto. La pantalla tiene diferentes lengüetas que contienen las diferentes partes del detallamiento.

521

Capítulo 31: Muros de concreto

La pantalla de detallamiento muestra las barras de refuerzo adoptadas para el muro. Esta planilla se utiliza para ingresar el acero de refuerzo vertical (A), horizontal (B), longitudinal en bordes (C) transversal en bordes (D) y refuerzo adicional (E), como se muestra en la figura a continuación.

Refuerzo del muro: A) y B); Refuerzo de elementos de borde: C) y (D)

522

Capítulo 31: Muros de concreto

Refuerzo de claros: (E)

En la planilla se tienen cinco lengüetas:

o La primera llamada Vertical que contiene los datos para definir el refuerzo vertical del muro.

o La segunda llamada Horizontal, contiene la información requerida para definir el refuerzo horizontal del muro.

o La tercera Columnas, contiene la cantidad, nivel y tamaño de barra para el refuerzo longitudinal y transversal de las columnas.

o La cuarta llamada Cercos, que contiene los cercos de las franjas que las requieran.

o La última llamada Claros, contiene la armadura que va alrededor de los claros, ya sea perimetral o diagonal. Estas barras diagonales y perimetrales no son consideradas en el diseño pero son necesarias para evitar el agrietamiento por contracción o temperatura.

El usuario debe tener en cuenta además, que el refuerzo que se define y muestra en las planillas es por capa de refuerzo, es decir, que si el muro tiene dos capas, presentará igual número de barras en la otra cara del muro, como se muestra en el corte horizontal de la sección en el área de gráfico.

523

Capítulo 31: Muros de concreto

Planilla para la introducción del refuerzo vertical u horizontal

Observe también que existen dos maneras de introducir el refuerzo manualmente, si no es por medio de la optimización que lo hace automáticamente:

o Mediante botones que introducen:

o Barras verticales (armadura continua), (armadura discontinua)

o Barras horizontales (armadura continua), (armadura discontinua)

o Refuerzo de columnas (longitudinal y transversal)

o Cercos (para cada nivel), uniformizar cercos (para todos los niveles).

o Refuerzo en claros (armadura perimetral), (armadura diagonal)

Esta opción se utiliza cuando se quiere introducir un refuerzo particular (con tamaño de barra definida). Cada botón mostrará una ventana de diálogo para introducir el refuerzo por franja y elemento de borde.

Para barras continuas, el usuario deberá escoger el criterio de introducción ya sea por espaciamiento o cantidad de barras. Si escoge por separación, deberá introducir el espaciamiento que desea tengan las barras, obteniendo automáticamente el número de barras que entrarán en la sección de la franja con dicho espaciamiento; si escoge cantidad, introduzca el número de barras para las franjas marcadas, obteniendo el espaciamiento correspondiente a esa cantidad.

El programa calculará automáticamente las longitudes de las barras para cumplir con la geometría y condiciones dadas.

Ventana de diálogo para armadura continúa

En el caso de armadura discontinua ya sea vertical u horizontal, es necesario introducir en la ventana de diálogo, los datos anteriormente mencionados. Además será necesario introducir las distancias a los puntos iniciales y finales de las barras a partir del nivel o eje de referencia escogido en el diálogo.

524

Capítulo 31: Muros de concreto

Ventana de diálogo para armadura discontinua

Las columnas necesitan armadura longitudinal y transversal. Para refuerzo longitudinal es necesario seleccionar el tamaño de barra y la cantidad de barras a ser colocadas en las direcciones X y Z. Para refuerzo transversal, el usuario debe introducir las alturas inicial y final para colocar el refuerzo y la extensión horizontal medida del borde de la columna hacia el centro del muro. También es necesario definir el tamaño de barra, el espaciamiento para estribos y si las ramas serán colocadas alternadas y para cada barra.

Ventana de diálogo para refuerzo de columnas.

El refuerzo en claros puede ser definido como armadura perimetral o diagonal. Para Armadura perimetral es necesario escoger los claros en los que se desea colocar esta armadura y definir el tamaño de barra; además existe la opción de extender las barras horizontal y verticalmente, caso contrario se adoptará una distancia de 2 pies a cada determinado por Norma. Para Armadura diagonal será necesario introducir el ángulo para dichas barras y la longitud de las mismas.

525

Capítulo 31: Muros de concreto

Ventana de diálogo para armadura adicional perimetral

Ventana de diálogo para armadura adicional diagonal

o Por medio de la planilla. Aquí se tiene la completa libertad de adoptar cualquier tipo de refuerzo. Para cada grupo o línea de la planilla se pide el diámetro de la barra, la separación, el nivel o eje de referencia, la distancia al punto inicial, la distancia al punto final. Note que al definir un nuevo grupo de armaduras, se tomará valores por defecto para el resto de los parámetros. Estos valores se deben editar de acuerdo a las características requeridas para el nuevo grupo, tomando en cuenta que los valores de cantidad y espaciamiento son dependientes y cambiarán de acuerdo a las dimensiones de la sección.

Independientemente de cómo haya introducido el refuerzo, Ud. puede editar los valores de la planilla para tener un control preciso de las longitudes y posiciones de las barras.

Nota.- Observe que el usuario puede exportar la figura, presionando el botón DXF para crear un archivo CAD, el cual se puede editar con cualquier programa de dibujo.

Pantalla de Configuración Esta pantalla permite al usuario tener control de los métodos de cálculo y consideraciones de diseño que se van a adoptar. Observe que los datos cambiados en esta pantalla se guardan junto con el modelo y también pueden definirse como valores por defecto para nuevos modelos con la opción Asignar como valores por defecto.

526

Capítulo 31: Muros de concreto

Pantalla de Configuración

Estos criterios se definen generalmente una sola vez. Los ítems considerados se muestran en la siguiente tabla:

Opción Descripción

Tipo de fundación Presenta dos opciones: Aislada ó Continua y determina el tipo de soporte utilizado en la simulación de la base del muro.

Distancia mínima entre bordes Distancia usada para evitar traslape de claros

Distribuir presión a los lados del claro

Distribuye la presión aplicada a los claros a sus lados

Tamaño de malla (método FEM) Presenta dos opciones: Manual y Automática. Determina el tamaño de malla a ser usado durante la segmentación en el análisis por el método FEM.

Tamaño de malla personalizado Opción disponible para tamaño de mall Manual. Permite ingresar cualquier tamaño de malla de

527

Capítulo 31: Muros de concreto

acuerdo con el criterio del usuario.

Número de incrementos Determina el número de incrementos a ser considerados durante la solución. Usualmente se incrementa cuando la solución del análisis no converge.

Número de iteraciones por incremento

Determina el número de iteraciones por incremento a ser usados para encontrar la solución en un incremento. Este valor puede ser incrementado si cualquier dificultad es encontrada durante la convergencia de la solución.

Tolerancia para la convergencia Determina el máximo valor de convergencia durante las iteraciones para la solución del análisis.

Considerar provisiones sísmicas Esta opción permite, al programa, verificar las provisiones especiales sísmicas del Capítulo 21 del ACI 318-05.

Posición de las barras horizontales Dos opciones disponibles: Exterior e Interior. Describen la posición de las barras horizontales respecto de las verticales.

Recubrimiento libre en muros Determina el valor del recubrimiento libre a ser considerado durante el diseño de los muros.

Recubrimiento libre en columnas Determina el valor del recubrimiento libre e ser considerado durante el diseño de las columnas de borde.

Redondeo para separación entre barras

El espaciamiento de las barras será ajustado al incremento más cercano especificado. Por lo tanto, los espaciamientos pueden ser redondeados a un décimo de pulgada, a una pulgada, pie etc.

Serie de barras Dos opciones son disponibles: ASTM Estándar y SI Estándar. Determina las series de barras a ser usadas durante el proceso optimización/verificación

Reportes y salida de resultados por pantalla El módulo de detallamiento permite generar un reporte donde se encuentran tanto los datos de entrada y resultados del análisis, así como los resultados de optimización/verificación.

El reporte contiene:

o El resumen de datos generales (estatus global del muro, geometría, materiales, número de pisos, claros y cargas).

528

Capítulo 31: Muros de concreto

o El resumen de resultados del diseño de muros de carga (estatus, división de los segmentos de diseño, geometría, armadura vertical, esfuerzo vertical, flexión combinada, diagramas de interacción P vs. M, compresión axial, tensión axial, corte y deflexión).

o El resumen de resultados del diseño de muros de corte (estatus, división de los segmentos de diseño, geometría, refuerzo, flexión axial combinada, diagramas de interacción P vs. M, compresión axial, tensión axial y corte).

o El resumen de resultados del diseño de las columnas de borde (estatus, ubicación de las columnas, geometría, refuerzo longitudinal y transversal, flexión biaxial combinada, diagramas de interacción P vs. M, compresión axial, tensión axial, corte en la dirección x, corte en la dirección z).

Para ingresar al reporte, presione el botón y se mostrara como en la siguiente figura.

Reporte.

Para una explicación detallada de los comandos en este reporte, vea la sección Reporte del capítulo Impresión de Gráficos y Reportes.

El reporte despliega toda la información detallada del muro y su diseño. En la parte superior se despliega la información general que consiste en la descripción de la geometría, materiales, tipo de fundación, cargas, etc.

Luego se presentan los resultados que incluyen el diseño de muros de carga y muros de corte para cada segmento de muro. Para cada diseño se presenta una grafica con la división de los segmentos, a continuación se describen todos los ítems considerados durante el diseño y los resultados para todos los segmentos:

La relación de resistencia es mostrada gráficamente en un diagrama de barra que toma el valor máximo obtenido entre la relación del momento factorizado y el momento nominal multiplicado por el factor φ y la relación entre el momento de agrietamiento y el momento nominal multiplicados por

529

Capítulo 31: Muros de concreto

el factor φ de manera simultánea. Si la resistencia no es suficiente para alguno de estos momentos aplicados, el diagrama de barra se mostrará en rojo. De esta manera el usuario podrá evaluar rápidamente el diseño a flexión del muro.

Resultados de diseño de muros de carga

El reporte también muestra toda la información requerida para el diseño del refuerzo al corte, así como la relación entre el corte factorizado y cortante nominal y la relación entre área de acero requerida y provista. De igual manera se muestran los valores de deflexión máximos y obtenidos, junto con la relación de deflexiones.

Resultados de diseño de muros de corte

530

Capítulo 31: Muros de concreto

A continuación se presenta los resultados del diseño de las columnas, donde se muestra la relación de esfuerzos aplicados y nominales para cada columna considerando flexión biaxial, compresión axial, tensión axial y corte en el eje x y z.

Resultados de diseño de las columnas de borde

Una descripción de las variables principales y de la nomenclatura adoptada se explica en la sección de notas al final del reporte.

Notas aclaratorias

Referencias o ACI (American Concrete Institute). “Essential Requirements for Reinforced Concrete

Buildings, for buildings of limited size and height, based on ACI 318-02”, ACI International Publication Series IPS-1, 1st Edition, USA, 2002.

o Alsamsam, I.M. and Kamara, M.E. “Simplified Design, Reinforcement Concrete Buildings of Moderate Size and Height”, Engineering bulletin EB104, PCA (Portland Cement Association), 3rd Edition, Skokie, IL – USA, 2004.

o MacLeod, “Shear Wall-Frame Interaction a Design Aid”, PCA (Portland Cement Association), Skokie, IL - USA, 1998.

531

Capítulo 31: Muros de concreto

o PCA (Portland Cement Association), “Seismic Detailing of Concrete Buildings”, PCA, Skokie, IL – USA, 2000.

o Brick Industry Association. “The contemporary bearing wall - Introduction to shear wall design. Technical Notes on Brick Construction 24C”, 1988.

532

Capítulo 32: Muros de mampostería

Capítulo 32: Muros de Mampostería

Este capítulo describe las opciones disponibles en el módulo para el diseño y detallamiento de Muros de Mampostería. Igualmente que los otros módulos de diseño, el propósito es obtener un muro de mampostería completamente funcional y económico de acuerdo al código de diseño. Este módulo puede ser utilizado para realizar el diseño de un muro que ha sido modelado como placa(s) en RAM Advanse o de manera independiente del programa; referirse al capítulo Diseño y Detallamiento del manual, para mayor información sobre el paso de datos.

Pasos de diseño

1) Introducción de datos El usuario debe introducir los datos requeridos relacionados con la geometría y características del muro de mampostería antes de realizar el análisis y diseño del muro. La introducción de datos se realiza a través de ventanas desplegadas y opciones múltiples en la pantalla de Datos . Todas las entradas de datos como propiedades de material, geometría y parámetros de diseño pueden ser modificados en cualquier momento antes y después del análisis. El usuario puede revisar el capítulo relacionado a las características generales del módulo de detallamiento para más detalles sobre el manejo y organización del módulo de diseño.

2) Detallamiento Una vez que el muro de mampostería es definido, el usuario puede continuar con el análisis y diseño.

Las pantallas de diagrama FEM , diagramas y el reporte mostrarán las diferentes fuerzas y esfuerzos del muro completo y las secciones según el código MSJC-02, , “Masonry Standard Joint Committee (ACI 530-02 / ASCE 5-02 / TMS 402-02)”. Posteriormente el usuario puede ir a la pantalla de detallamiento y ver el refuerzo obtenido en el diseño o ver la verificación si se trata de un refuerzo existente en el modelo.

3) Optimizar/Verificar diseño Seleccionando las ventanas de Detallamiento o Reporte, los resultados de diseño serán calculados. Si un valor que afecta el diseño es modificado subsecuentemente como datos de geometría, parámetros de diseño o configuración, el usuario tendrá la opción de perder los datos de armadura actual para realizar un nuevo diseño o mantener la misma armadura. El usuario puede ingresar armadura específica manualmente en la pantalla de Detallamiento y luego revisar los resultados en la pantalla de reporte y verificar los estados de diseño.

Nota.- El programa le preguntará al usuario si desea perder el refuerzo actual cada vez que alguno de los siguientes parámetros haya cambiado: número de niveles, niveles de igual altura, altura del muro, alturas de muro, longitud del muro, claros, elementos de rigidez, criterio de diseño por, valores de espaciamiento, tamaños de barra o algún parámetro de la pantalla de configuración.

Si el usuario realiza cambios en el refuerzo y quiere verificar rápidamente los estados de diseño,

presione el botón para realizar un “verificar diseño” y revisar los resultados reflejados en el semáforo, que indica el estado del muro de mampostería completo.

533

Capítulo 32: Muros de mampostería

El usuario también puede realizar un “Diseño Optimo” presionando el botón para obtener un nuevo diseño si algún dato inicial fue cambiado, o retornar al primer refuerzo sugerido.

534

Capítulo 32: Muros de mampostería

Pasos generales para el diseño de Muros de Mampostería

Pasos para el diseño de muros de mampostería

Notas Técnicas

Importante!

535

Capítulo 32: Muros de mampostería

Se recomienda leer cuidadosamente las notas antes de utilizar el módulo porque son un resumen de los alcances, las hipótesis, y metodologías adoptadas.

Terminología En general se han asumido los siguientes nombres para las diferentes partes o elementos del muro de mampostería:

1) Zona del Parapeto

2) Dinteles

3) Elementos de rigidez:

o Columnas (a)

o Alas (b)

4) Muro o panel

Diferentes partes de un Muro de Mampostería

General Las características generales del módulo son:

o Introducción gráfica de la geometría y las cargas en el muro.

o Introducción gráfica de los claros y de franjas verticales adicionales.

o Un diseño integrado de cuatro elementos diferentes de mampostería: muros de carga, muros de corte, columnas y dinteles.

o Consideración de muros de corte y de carga con armadura y sin armadura.

o Consideración de elementos de rigidez como columnas y alas.

o Consideración de dos tipos de restricciones de soporte: empotrado y articulado.

536

Capítulo 32: Muros de mampostería

o Consideración de dos tipos de restricciones para columnas: empotrado y articulado.

o Consideración de dos tipos de restricciones de los niveles: libre y articulado.

o Análisis del muro con FEM (método de elementos finitos).

o Diseño automático según la norma MSJC-02 (Diseño de esfuerzos admisibles).

o Consideración de dos o de una capa de refuerzo vertical.

o Ayuda de contexto sensitiva.

o Manejo fácil de dimensiones y refuerzo del muro.

o Consideración del peso propio.

o Consideración de cargas verticales: muerta, viva u otras definidas en el manejador de condiciones de carga , puntuales con o sin excentricidad en cualquier posición a lo largo de los niveles y distribuidas con o sin excentricidad.

o Consideración de cargas laterales en el plano: puntuales a cualquier posición a lo largo de los niveles existentes, distribuidas en cualquiera de los niveles existentes y sismo.

o Consideración de carga lateral fuera del plano: presiones en cualquiera de los niveles existentes y sismo.

o Consideración de fuerzas globales: fuerzas en cualquier dirección en cualquier posición en el muro.

o Diagramas FEM de fuerzas, esfuerzos y deformaciones.

o Opción para verificar el muro de forma rápida y actualizar los resultados cualquier momento.

o Opción para optimizar el diseño del refuerzo de los muros de mampostería.

o Opción para exportar gráficos de las diferentes pantallas a archivos DXF.

o Opción para salvar y recuperar datos, refuerzo y resultados.

o Reporte detallado de los datos generales, refuerzo provisto, resultados de diseño del muro de mampostería.

Limitaciones Los aspectos que no se cubren por el módulo son:

o Claros o aberturas no rectangulares.

o Diseño del refuerzo de las alas.

o Pandeo de muros de carga y de corte.

o Diseño sísmico.

Importante! El módulo de Muros de Mampostería fue desarrollado para diseñar muros de mampostería sujetos a cargas laterales en el plano y cargas fuera del plano. A pesar de las cargas de sismo que se pueden introducir, el diseño no considera las provisiones sísmicas de la norma.

La norma implementada actualmente para el diseño de muros de mampostería es:

537

Capítulo 32: Muros de mampostería

o “Masonry Standard Joint Committee” (MSJC-02); Norma de Requerimientos para Estructuras de Mampostería (ACI 530-02 / ASCE 5-02 / TMS 402-02).

Geometría

Muro El módulo permite introducir claros en cualquier posición del muro considerando una separación mínima de 16in (valor por defecto en la pantalla de Configuración que puede ser editado por el usuario). Según la posición del claro, es posible analizar cualquier forma de muros de mampostería.

El espesor mínimo de muros de mampostería con más de un piso de altura debe ser 8in. Estructuras con muros de mampostería de un piso no deben ser menores a 6in. Los requerimientos para espesor mínimo deben estar basados en las dimensiones nominales de las unidades de mampostería.

Elementos de rigidez Cuando el programa se utiliza independientemente, el usuario tiene la opción de incluir secciones de columnas o muros de intersección de mampostería (alas) para incrementar la rigidez del muro de mampostería.

En muros de mampostería con alas, la influencia de las alas en el comportamiento del muro debe considerarse por la selección apropiada del ancho de las alas. Según la norma MSJC-02 los muros de intersección deben cumplir los siguientes requerimientos:

o El muro de mampostería tener tipo de enlace corriente

o Las alas deben ser consideradas efectivas para cargas aplicadas

o El ancho del ala que se considera efectivo a cada lado del ala debe ser menor que 6 veces el espesor del ala o el espesor actual del ala en cualquier lado del alma del muro. (MSJC-02 Sección 1.9.4.2.3)

o Conexiones del alma a las alas de muros de mampostería debe ser realizado por medio de enlace corriente, conectores o vigas de enlace.

Ancho efectivo de las alas

Sin embargo, cuando se utiliza el módulo de muros de mampostería con RAM Advanse, las fuerzas de interacción transmitidas al módulo consideran el efecto de los muros de intersección (flanges) y columnas. Por tanto, el usuario no tiene que estimar el ancho de las alas porque las fuerzas que se reciben de RAM Advanse están reducidas debido a los muros de intersección.

538

Capítulo 32: Muros de mampostería

La dimensión mínima de la columna debe ser 8in, y debe proveer una relación entre la altura efectiva y la menor dimensión nominal que no debe exceder de 25.

(1) Columnas

Restricciones Las restricciones pueden ser modificadas en la ventana de configuración. El usuario podrá escoger entre las siguientes restricciones para el apoyo en la base del muro y de la columna:

o Articulado: Restringe el movimiento de traslación en los 3 ejes (X, Y, Z), permitiendo la rotación en cualquiera de ellos.

o Empotrado: Restringe el movimiento de traslación y rotación en los 3 ejes (X, Y, Z).

Además, el usuario podrá escoger entre las siguientes restricciones a la altura de los niveles:

o Ninguna: Permite la traslación y rotación en los 3 ejes (X, Y, Z).

o Articulado: Restringe el movimiento de traslación en el ejes Z.

Cargas El módulo considera tres tipos de cargas para el diseño: cargas verticales, cargas laterales en el plano, cargas laterales fuera del plano y fuerzas globales.

Cargas verticales Las cargas verticales o cargas axiales se dividen en tres grupos:

o Cargas de Peso propio: son definidos por las características de muro en análisis. Estas cargas pueden ser definidas en el manejador de condiciones de carga (botón ), por omisión la carga muerta existe como peso propio.

o Cargas puntuales: son definidas del lado izquierdo del muro y son localizados a una distancia (X) a lo largo de cada nivel. Estas cargas pueden ser cualquiera de las definidas en el manejador de condiciones de carga, y pueden tener una excentricidad fuera del plano medida desde el eje del muro, generando un momento alrededor del eje X. El módulo acepta excentricidades positivas y negativas.

o Cargas distribuidas: están definidas por nivel. Estas cargas pueden ser cualquiera de las definidas en el manejador de condiciones de carga, con o sin excentricidad fuera del plano.

Cargas laterales en el plano Estas cargas se aplican en la dirección perpendicular al eje del muro y pueden ser debidas al viento, sismo, fuerzas de corte y cualquiera de las definidas en el manejador de condiciones de carga. Se definen a continuación:

o Cargas puntuales: Ubicadas a una distancia (X) a lo largo de cada nivel; esta cargas pueden ser definidas como viento y sismo, pueden tener excentricidad medida a lo largo del eje Y, en este caso se muestra como un momento concentrado alrededor del eje Z.

539

Capítulo 32: Muros de mampostería

o Cargas Distribuidas: Se localizan a lo largo de cualquier nivel en la dirección del eje X, el usuario puede asignar diferentes valores por nivel.

o Peso sísmico: es considerado como la fuerza del peso del muro afectado por un factor en dirección lateral en el plano

Cargas laterales fuera del plano Los muros de mampostería son estructuras de placas, de tal manera que lo muros cargados perpendicularmente a su plano experimentan deformaciones a lo largo de su longitud y altura. Son cargas definidas en el manejador de condiciones de carga, se definen a continuación como:

o Cargas de presión: Esta presión es el resultado de cargas de viento y/o cualquiera de las cargas definidas en el manejador de condiciones de carga. La presión lateral es aplicada perpendicularmente al muro.

o Peso sísmico: Es considerado como la fuerza del peso del muro afectado por un factor en dirección lateral fuera del plano

Fuerzas globales Estas fuerzas son aplicadas en cualquier dirección y posición en el muro, y son definidas en el manejador de condiciones de carga.

Combinaciones de carga El módulo proporciona la solución de muros de mampostería para combinaciones de carga de esfuerzos admisibles, las cuales son utilizadas para el diseño de muros de carga, muros de corte, columnas y dinteles mediante el método de esfuerzos admisible.

Es importante indicar que las combinaciones pueden ser generadas automáticamente con el generador de combinaciones de carga. y/o el usuario puede definir las combinaciones en el manejador de condiciones de carga (botón ). Los valores de los coeficientes se obtienen de la norma MSJC-02, combinaciones de diseño de esfuerzos admisibles MSJC-02 Sec. 2.1.2.1.

Nota: Las deflexiones en el diseño de dinteles son calculadas con todas las combinaciones de carga.

Diseño de muros de mampostería

Muros de carga Existen dos criterios posibles para el diseño del refuerzo vertical y horizontal tanto de muros de carga como muros de corte:

o Por Tamaño de barras: El usuario debe seleccionar el tamaño de barras que se considerarán en el diseño y el programa encontrará el refuerzo que cumpla con el esfuerzo y los requerimientos de la norma MSJC-02 Sec 1.12.2.

o Por espaciamiento: El usuario debe introducir los valores de espaciamientos para ser considerados en el diseño. El programa encuentra un valor de refuerzo que cumple con los requerimientos de esfuerzo y de la norma para ese espaciamiento.

o Por área de refuerzo: El usuario debe introducir el espaciamiento y el tamaño de las barras para ser considerados en el diseño. El programa encontrara el refuerzo que cumpla con los requerimientos de esfuerzo y de la norma para ese espaciamiento y tamaño de barras.

540

Capítulo 32: Muros de mampostería

Una vez que el muro de mampostería es analizado, el programa divide el muro en franjas (todas ellas son adicionales a las franjas verticales definidas por el usuario); formando segmentos cada uno de los cuales es diseñado con la envolvente de esfuerzos en la parte superior, inferior y con los valores máximos de todas las combinaciones de carga inicialmente definidas.

División de segmentos para muros de carga

Para muros de carga la verificación esta dividida en verificaciones para muros reforzados:

o Flexión axial combinada

o Compresión axial

o Tracción axial

o Corte

Y verificaciones para muros no reforzados

o Esfuerzos de compresión combinados

o Tracción por flexión

o Tracción axial

Muros de corte Existen dos criterios posibles para el diseño del refuerzo vertical y horizontal tanto de muros de carga como muros de corte:

o Por espaciamiento: El usuario debe introducir los valores de espaciamientos para ser considerados en el diseño. El programa encuentra un valor de refuerzo que cumple con los requerimientos de esfuerzo y de la norma para ese espaciamiento.

o Por Tamaño de barras: El usuario debe seleccionar el tamaño de barras que se considerarán en el diseño y el programa encontrará el refuerzo que cumpla con el esfuerzo y los requerimientos de la norma MSJC-02 Sec 1.12.2.

Una vez que el muro de mampostería es analizado, el programa divide el muro en franjas formando segmentos; cada uno de los cuales es diseñado con la envolvente de esfuerzos en la parte superior, inferior y con los valores máximos de todas las combinaciones de carga inicialmente definidas.

541

Capítulo 32: Muros de mampostería

División de segmentos para muros de corte

Para muros de corte la verificación esta dividida en verificaciones para muros reforzados:

o Espaciamiento vertical y horizontal

o Área de acero vertical

o Flexión axial combinada

o Compresión axial

o Tracción axial

o Corte

Y verificaciones para muros no reforzados

o Esfuerzos de compresión combinados

o Corte

o Tracción por flexión

o Tracción axial

Columnas El módulo diseña cada una de las columnas con la envolvente de esfuerzos en la parte superior, inferior y con los valores máximos de todas las combinaciones de carga inicialmente definidas. Las siguientes verificaciones son realizadas:

o Cuantía mínima y máxima

o Mínimo diámetro de estribos

o Mínimo espaciamiento entre estribos

o Dimensión mínima de los lados de la columna

o Relación altura / ancho

o Compresión axial

o Tracción axial

o Corte en la dirección X

o Corte en la dirección Z

o Flexión axial combinada en la dirección X

o Flexión axial combinada en la dirección Z

542

Capítulo 32: Muros de mampostería

Dinteles Las cargas que se consideran para el diseño de los dinteles son el peso de la sección del muro sobre el claro, y la carga resultante dad por un triangulo de 45º grados sobre el claro.

Distribución de cargas

Las verificaciones realizadas para los dinteles son las siguientes:

o Espaciamiento libre entre barras

o Recubrimiento de barras

o Flexión

o Corte

o Deflexión

Hipótesis Un muro de mampostería es un elemento vertical que resiste carga aplicadas en el plano y fuera del plano. El diseño de los muros de mampostería debe considerar las cargas axiales y de flexión que producen los esfuerzos axiales y de pandeo, fuerzas de corte, esfuerzos axiales de compresión producidos por cargas muertas y vivas del techo, esfuerzos de flexión producidos por momentos de las cargas laterales. Por lo tanto, el muro de mampostería puede ser considerado como un muro de carga y de corte.

El método de diseño es el de Esfuerzos Admisibles (MSJC-02 Capítulo2). Este método considera los esfuerzos admisibles del muro de mampostería (reforzado y no reforzado) y compara este valor con los esfuerzos que resultan de las cargas aplicadas. Cada segmento del muro debe ser diseñado basado en los esfuerzos específicos de compresión del muro de mampostería f’m, psi (Mpa).

Características Según la norma MSJC-02, el diseño tiene que seguir las siguientes características.

Esfuerzos de compresión combinados para mampostería no reforzada:

543

Capítulo 32: Muros de mampostería

Donde:

Para elementos que tienen una relación h/r no mayor a 99:

Para elementos que tienen una relación h/r mayor a 99:

Donde:

f’m= Esfuerzo de compresión efectiva del muro de mampostería, psi

h = Altura efectiva de la columna, muro, in

r = Radio de giro, in

Fa= Esfuerzo de compresión admisible debido a cargas axiales, psi.

Fb= Esfuerzos de compresión admisible debido a flexión solamente, psi.

fa= Esfuerzo de compresión calculado debido a cargas axiales, psi.

fb= Esfuerzos de compresión calculado debido a flexión solamente, psi.

Esfuerzos de corte en mampostería no reforzada:

Donde:

fv= Esfuerzo de corte calculado en la mampostería, psi.

V= Fuerza de corte, lb.

Q= Momento de primer orden respecto al eje neutro de la sección de esa porción de la sección transversal entre el eje neutro y la fibra externa, in3.

In= Momento de inercia del área de la sección transversal del elemento, in4.

El esfuerzo de corte no debe exceder ninguno de los valores:

o o 120psi

o

544

Capítulo 32: Muros de mampostería

Donde v se debe tomar como 37psi, para mampostería con enlace corriente con lechada parcial y para muros con otro tipo de enlace con unidades abiertas y lechada completa, o 60psi para mampostería con enlace corriente que tiene lechada completa.

Nv es la fuerza de compresión que actúa normal a la superficie de corte. Nv debe tomarse como 15psi, para mampostería con otro tipo de enlace que el corriente con lechada completa para mampostería con otro enlace que el corriente con unidades abiertas que tienen

Flexión axial combinada y compresión axial para mampostería reforzada:

Para elementos que tienen una relación h/r no mayor a 99:

Para elementos que tienen una relación h/r mayor a 99:

Donde:

f’m= Esfuerzo de compresión específico de mampostería, psi

An= Area de sección transversal de mampostería, in2.

Ast= Area total de refuerzo longitudinal de la columna con estribos, in2.

Fs = Esfuerzos admisibles de tensión o compresión en el refuerzo, psi

h= Altura de efectiva de la columna o muro, in.

Pa= Fuerza de compresión admisible en muros de mampostería reforzado debido a cargas axiales, lb.

Los esfuerzos de compresión en muros de mampostería debidos a flexión en combinación con cargas axiales no deben exceder (1/3) f’m, el esfuerzo de compresión en muros de mampostería debidos a cargas axiales solamente (fa) no debe exceder el esfuerzo de compresión admisible (Fa).

Esfuerzos de corte en mampostería no reforzada:

Donde:

fv = Esfuerzo de corte calculado, psi.

V= Fuerza de corte,lb.

b = Ancho de la sección, in.

d = Distancia desde la fibra extrema de compresión al centroide del refuerzo de tensión, in.

Donde el refuerzo no resistirá todo el corte calculado, fv no debe exceder el esfuerzo de corte admisible en mampostería, (Fv) que es calculado con las siguientes ecuaciones:

Para elementos a flexión:

;

545

Capítulo 32: Muros de mampostería

Para muros de corte:

Donde M/Vd <1,

Donde M/Vd >=1,

Donde el refuerzo de corte es proporcionado para resistir todo el cortante calculado que no debe exceder el esfuerzo de corte admisible.

Para elementos en flexión:

Para muros de corte

Donde M/Vd <1,

Donde M/Vd >=1,

Para todos los casos anteriores se debe considerar que M/Vd debe tener siempre un valor positivo.

Refuerzo mínimo y máximo El área de refuerzo de corte requerida para muros de corte de mampostería se debe determinar con la siguiente ecuación:

;

Donde:

Av: Area de refuerzo transversal para corte, in2.

V: Fuerza cortante, lb.

s: Espaciamiento del refuerzo, que no debe exceder el menor valor de d/2 o 48in.

Fs: Esfuerzos admisibles de tensión o compresión, psi.

El refuerzo de corte debe se debe colocar paralelo a la dirección de la fuerza de corte y un tercio del área de refuerzo de corte se debe proporcionar en la dirección perpendicular con un espaciamiento máximo de 8ft. MSJC-02 Sección 2.3.5.3.

Los dinteles deben tener un área de refuerzo transversal de por lo menos 0.2 in2 o lo que es lo mismo una barra #4 sobre el claro. El refuerzo horizontal se coloca en la parte superior de los claros y se debe extender una longitud no menor a 24in. MSJC-02 Sección 1.13.2.2.2.1.

546

Capítulo 32: Muros de mampostería

Transferencia de cargas de RAM Advanse hacia el módulo de muro de mampostería. La transferencia de cargas desde el RAM Advanse hacia el módulo Muro de mampostería se realizan a través de tres ítems:

o Cargas de presión en placas

o Vector de peso propio

o Fuerzas en nudos del modelo de elementos finitos (FEM)

Cargas de presión en placas RAM Advanse realiza transfiere a los módulos las cargas de presión de cada una de las placas que forman parte del muro.

Vector de peso propio El vector de peso propio en la pestaña “Gen” en RAM Advanse es transferida como peso propio vertical y como peso sísmico.

o El multiplicador en X del vector de peso propio es transferido como una carga de “Peso sísmico” en el plano, solamente para aquellos estados de carga de sismo.

o El multiplicador en Y del vector de peso propio es transferido como una carga vertical de “Peso propio” solamente para aquellos estados de carga muerta. Observe que si el multiplicador en Y es mayor a 0 el módulo asumirá un multiplicador igual a 1.

o El multiplicador en Z del vector de peso propio es transferido como una carga de “Peso sísmico” fuera del plano, solamente para aquellos estados de carga de sismo.

Fuerzas en nudos del modelo de elementos finitos (FEM) Las fuerzas en nudos del modelo de elementos finitos son utilizadas para simular la interacción del muro con el resto de la estructura. RAM Advanse calcula las fuerzas resultantes que actúa externamente al muro y la transfiere al módulo.

Después del análisis, cada nudo conectado a miembros y placas se encuentra en equilibrio, es decir que la sumatoria de todas las fuerzas en cada punto es igual a cero. Al momento de transferir las

547

Capítulo 32: Muros de mampostería

cargas, RAM Advanse determina los elementos (miembros y placas) que llegan a cada nudo dentro el muro seleccionado y calcula las fuerzas de estos elementos que actúan sobre los nudos.

Seguidamente, RAM Advanse determina cuales de estos elementos pasarán a formar parte del muro y cuales no. Las fuerzas de aquellos elementos que no serán parte del muro son transferidas al módulo como fuerzas globales. Por ejemplo, en la figura siguiente, las fuerzas de los elementos M2, M3, M4, S3 y S4 serán transferidas a los módulos ya que los elementos S1, S2 y M1 pasarán a formar parte del muro.

Estas fuerzas importadas actuarán como cargas externas en el módulo, simulando la interacción del muro con el resto de la estructura. Como resultado, el usuario obtiene un muro con fuerzas reales que implícitamente considera la rigidez y cargas de todos los otros elementos de la estructura completa.

548

Capítulo 32: Muros de mampostería

Estas fuerzas importadas no solo simulan las fuerzas de la estructura sino que también simulan las restricciones del muro. Por ejemplo, un muro que se encuentra empotrado en la base esta restringido también en los niveles. De acuerdo al procedimiento descrito anteriormente, la restricción de los niveles es remplazada por una fuerza, la cual le da estabilidad a la estructura cuando las cargas están en equilibrio.

Sin embargo, este equilibrio puede romperse con un cambio muy pequeño en las fuerzas aplicadas (por ejemplo errores de redondeo), creando inestabilidad en el muro. Para casos como este, cuando el muro se encuentre articulado en la base y el equilibrio este dado por las fuerzas importadas, el programa añade resortes con valores de K muy pequeños. De esta manera, las deformaciones resultantes pueden no ser reales, pero la estructura será estable y la distribución de esfuerzos será correcta. Un procedimiento similar fue realizado por MacLeod (1998) en “Shear Wall-Frame Interaction, A Design Aid, Portland Cement Association” para determinar distribución de esfuerzos.

549

Capítulo 32: Muros de mampostería

Nota: El usuario debe ser muy cuidadoso al modificar fuerzas importadas. Recuerde que las restricciones del muro están dadas por las fuerzas importadas y pequeños cambios en estas pueden causar inestabilidad de la estructura, mostrado el siguiente mensaje: “Se han detectado desplazamientos muy grandes. La estructura puede ser localmente inestable”. Si este fuera el caso, las restricciones del muro pueden cambiarse en las opciones de Configuración .

Módulo de diseño/detallamiento de muros de mampostería Esta sección describe las opciones disponibles en el módulo de diseño/detallamiento de muros de mamposteria. Como en todos los módulos de detallamiento, la optimización de diseño se ejecuta automáticamente, exceptuando el diseño automático de elementos de borde, donde el usuario ingresa únicamente la geometría, los materiales y los parámetros de diseño. Así también el programa realiza una verificación de armadura en el caso de que el usuario proporcione una armadura manualmente o realice cambios en cargas, material o espesor del muro una vez realizado el diseño el mismo.

Este módulo puede ser utilizado para realizar un diseño en un muro que ha sido modelado como placa(s) en RAM Advanse, o puede ser utilizado como programa independiente, donde no se requiere ningún dato del programa principal. Para utilizar el programa de forma independiente, elegir Modulos/Muros de Mampostería. Para realizar el diseño de la placa(s) desde el programa principal RAM Advanse, seleccione la placa(s) y luego elija Modulos/Muros de mampostería. Referirse a la Transferencia de cargas de RAM Advanse hacia el módulo de muros de mampostería en las Notas Técnicas de este capitulo, para el paso de datos del programa RAM Advanse al módulo.

550

Capítulo 32: Muros de mampostería

Acceso al módulo de muros de mampostería del menú principal. Mas información acerca de las pantallas comunes de los módulos, se encontrara en el capitulo de diseño y detallamiento, ya que son idénticas para los módulos independientes.

Pantalla de Datos La primera pantalla que se observa cuando se entra al módulo, es la pantalla de datos. En esta

pantalla se pueden introducir los datos geométricos, materiales, elementos de rigidez y cargas del muro. Es una pantalla común de los módulos.

Luego de introducir todos los datos se puede pasar a ver las pantallas de diagramas o detallamiento, paso que involucra la optimización automática de la estructura.

Pantalla de Diagrama FEM y diagramas

Pantalla de diagramas FEM y la de diagramas muestran los esfuerzos, fuerzas y desplazamientos en el muro. Son pantallas comunes de los módulos.

Estas pantallas poseen varias opciones para brindar al usuario la posibilidad de un manejo fácil de valores, las cuales están explicadas en la ayuda contexto sensitiva.

Note la existencia de un Semáforo en la esquina superior derecha. Este semáforo es un indicador de estatus de diseño donde: la luz roja indica que la relación de esfuerzos es mayor a la unidad y por lo tanto el muro falla. La luz amarilla indica que la disposición del refuerzo es incorrecta. Estas fallas por lo general resultan cuando el refuerzo no cumple alguna disposición o requerimiento de la Norma o cuando el espesor del muro, o cargas han sido cambiados en forma posterior a la optimización, conservando el refuerzo anterior, y realizando únicamente una verificación de la armadura pudiendo ésta cumplir o no con la relación de esfuerzos menor a la unidad o con algún requerimiento de Norma. En el reporte se detalla las razones para la luz roja o amarilla. Finalmente, la luz verde indica que el estatus de diseño del muro está bien.

Semáforo

551

Capítulo 32: Muros de mampostería

Pantalla de Detallamiento Pantalla de detallamiento es característica de cada modulo. Se muestran los resultados del diseño

del refuerzo de la estructura de acuerdo a las características descritas en la pantalla de datos.

Esta planilla se utiliza para ingresar el refuerzo vertical en muros (A), refuerzo horizontal en muros (B), refuerzo longitudinal y transversal en dinteles (C) y refuerzo longitudinal y transversal en columnas (D), como se muestra en la figura a continuación.

Refuerzo del muro: A) y B); dinteles C) y elementos de rigidez D)

La planilla tiene cuatro lengüetas:

o La primera llamada Verticales contiene los datos para definir el refuerzo vertical del muro.

o La segunda llamada Horizontales, tiene toda la información para definir el refuerzo horizontal del muro.

o La tercera llamada Dinteles, contiene todos los datos para proporcionar las barras a los dinteles. Los dinteles son vigas horizontales que soportan cargas sobre los claros; por lo tanto, el refuerzo debe ser longitudinal y transversal.

o La cuarta llamada Columnas, la cual contiene el refuerzo longitudinal y transversal para las columnas. El usuario debe definir el tamaño de las barras, la cantidad de las barras, el espaciamiento del refuerzo transversal.

El usuario debe tener en cuenta además, que el refuerzo que se define y muestra en las planillas es por capa de refuerzo, es decir, que si el muro tiene dos capas, presentará igual número de barras en la otra cara del muro, como se muestra en el corte horizontal de la sección en el área de gráfico.

552

Capítulo 32: Muros de mampostería

Planilla para ingresar el refuerzo vertical y horizontal

Hay dos maneras para definir manualmente el refuerzo (sin considerar el diseño optimizado de refuerzo).

o Mediante los botones que introducen:

o Barras verticales (armadura continua), (armadura discontinua)

o Barras horizontales (armadura continua), (armadura discontinua)

o Armadura de dinteles (armadura longitudinal), (armadura transversal)

o Armadura de columnas (armadura longitudinal), (armadura transversal)

Esta opción es utilizada cuando el usuario quiere definir un refuerzo en particular (con un tamaño específico de barras).

Cada botón despliega una ventana para introducir un refuerzo específico por franja, dinteles, y columnas.

Para barras continuas, la ventana de dialogo requiere el valor de espaciamiento y el programa obtiene automáticamente el número de barras requerido; El programa calculará automáticamente las longitudes de barras requeridas para cubrir la geometría y las condiciones del muro.

553

Capítulo 32: Muros de mampostería

Ventana de diálogo para armadura continúa. Para barras discontinuas, es necesario ingresar las distancias a los puntos iniciales y finales de las barras desde el nivel o eje de referencia seleccionado en la ventana de diálogo.

Note: La resistencia del refuerzo se calcula por franja. Por lo tanto, sólo las barras que se proporcionan en toda la longitud de la franja son consideradas para el cálculo de los esfuerzos resistentes.

Ventana de diálogo para refuerzo discontinuo.

Para el refuerzo de los dinteles:

• Refuerzo longitudinal, es necesario seleccionar los claros para los cuales el usuario debe proporcionar armadura de dinteles. También hay una opción para extender el refuerzo longitudinal, por defecto y según el código de diseño, las barras deben extenderse no menos de 24in.(MSJC-02 Sec. 1.13.2.2.2.1)

• Refuerzo transversal, el usuario debe definir el tamaño de los estribos y el espaciamiento entre la armadura transversal.

554

Capítulo 32: Muros de mampostería

Ventana de diálogo para la armadura de los dinteles

Para columnas, es necesario seleccionar el tamaño de barras y las cantidades de las barras para localizarse a lo largo de las direcciones X y Z. En la sección para la armadura transversal el usuario debe definir el tamaño de los estribos y el espaciamiento entre las barras transversales.

Ventana de diálogo para el refuerzo de columnas.

• Utilizando la planilla. Este método permite la definición de cualquier tipo de refuerzo. Note que cuando se ingresa el primer valor de un nuevo grupo de refuerzo, el resto de los parámetros tomarán valores iniciales por defecto, que pueden ser editados según las características requeridas del nuevo grupo. Independientemente de cómo haya introducido el refuerzo, usted puede editar los valores de la planilla para tener un control preciso de las longitudes y posiciones de las barras.

Nota.- Observe que el usuario puede exportar la figura, presionando el botón DXF para crear un archivo CAD, el cual se puede editar con cualquier programa de dibujo.

555

Capítulo 32: Muros de mampostería

Reportes y salida de resultados por pantalla

Este módulo de detallamiento permite generar un reporte donde se encuentran tanto los datos de entrada y resultados del análisis, así como los resultados de optimización/verificación.

En el reporte se encuentran:

• El resumen de datos generales (del muro, elementos de rigidez, geometría, materiales y fuerzas).

• El resumen de resultados de diseño, como estatus, área de acero requerido y provisto para los elementos del muro de mampostería.

Se desplegará el reporte, como se muestra a continuación:

Datos generales

Para una explicación detallada de los comandos en este reporte, vea la sección Reporte del capítulo Impresión de Gráficos y Reportes.

El reporte despliega toda la información detallada del muro y su diseño. En la parte superior se despliega la información general que consiste en la descripción de la geometría, materiales, tipo de elemento de rigidez, cargas, etc.

Luego se presentan los resultados de diseño para cada piso y cada elemento del muro de mampostería como se muestra a continuación. El diseño de todo el muro de mampostería se realiza por segmentos.

556

Capítulo 32: Muros de mampostería

Resultados del diseño. Estos resultados de diseño se presentan en forma de tabla y están divididos por elementos:

• Diseño de muros de carga: donde se detalla todos los datos y estatus de la optimización de los muros de carga, se muestran los resultados de los esfuerzos a flexión axial combinada, tensión, compresión axial y corte.

• Diseño de muros de corte: se da el detalle de los datos y estatus de optimización y diseño de los muros de corte, se muestran los resultados de los esfuerzos a flexión axial combinada, tensión, compresión axial y corte.

• Diseño de Columna: se muestra el detalle de los datos y los resultados del diseño de columnas a compresión axial, corte y flexión.

• Diseño de Dinteles: se muestra el detalle de los datos y resultados del diseño de los dinteles a corte, flexión y deflexión.

Finalmente, una descripción de las variables principales y de la nomenclatura adoptada se explica en la sección de notas al final del reporte.

Notas aclaratorias

557

Capítulo 32: Muros de mampostería

Pantalla de Configuración

Pantalla de configuración. Esta pantalla permite al usuario tener control de los métodos de cálculo y consideraciones de diseño que se van a adoptar. Observe que los datos cambiados en esta pantalla se guardan junto con el modelo y también pueden definirse como valores por defecto para nuevos modelos con la opción Asignar como valores por defecto.

Estos criterios se definen generalmente una sola vez. Los ítems considerados se muestran en la siguiente tabla:

Opción Descripción

Distancia mínima entre bordes Distancia utilizada para evitar traslape de claros

Carga del parapeto igual al ultimo nivel

Permite considerar cargas en el parapeto igual a las del último nivel.

Distribuir la presión a los lados del claro

En caso afirmativo, las presiones aplicadas a los claros se distribuyen a sus lados.

Tamaño de malla (Método FEM)

Dos opciones disponibles: Manual y Automático. Esto determina el tamaño de la malla a ser utilizada para la segmentación para el análisis FEM.

Número de incrementos Determina el número de incrementos a ser considerado en la aplicación de carga Normalmente tili ado

558

Capítulo 32: Muros de mampostería

en la aplicación de carga. Normalmente utilizado cuando la solución no converge.

Número de iteraciones por incremento

Determina el número de iteraciones a ser utilizado para encontrar la solución en un incremento. Este valor puede aumentarse si se encontraran problemas de convergencia, obligando de esta manera a llegar a una solución.

Tolerancia para la convergencia

Determina el valor mínimo a considerarse en el análisis para encontrar la solución.

Recubrimiento libre El valor del recubrimiento libre a ser utilizado en los elementos de concreto. El usuario debe considerar la sección 1.12.4 de la norma MSJC-02 para definir este valor.

Redondeo para separación entre barras

Valor que determina el ajuste de separación entre barras al incremento especificado más cercano. Por consiguiente todos los espaciamientos pueden ser dados a la décima de pulgada, pulgada, pie, etc. más cercano.

Series de barras Dos opciones disponibles: ASTM Standard y SI Standard. Determina la serie de barras que se utilizarán durante la optimización/ verificación del muro.

Asignar como valores por defecto

Las opciones definidas pueden ser definidas por defecto para nuevos modelos de muros de mampostería.

Referencias Building Code Requirements for Masonry Structures (ACI 530-02/ASCE 5-02/TMS 402-02)

559

Capítulo 33: Diseño de cerchas

Capítulo 33: Diseño de cerchas

“Truss Design” permite al usuario crear fácil y rápidamente una nueva cercha independientemente del programa principal.

Este módulo le permitirá modelar, analizar y diseñar cualquier cercha bajo variedad de cargas y materiales con diferentes secciones, de modo práctico y sencillo, siendo una herramienta útil dedicada a brindar al usuario todas las facilidades tanto en la introducción de datos, diseño y detallamiento, como en la obtención de resultados a través de un reporte específico para cerchas.

Esta sección se encarga de describir todas las opciones disponibles en el módulo desde la introducción de geometría, material, secciones, asignación de cargas, hasta el análisis y diseño. El módulo considera miembros de acero o madera, sometidos a fuerzas axiales, de corte y flexión.

Las normas aplicadas para este módulo son: AISC para acero; NDS para maderas y AISI para acero formado en frío.

Pasos de diseño

1) Introducción de datos El usuario debe introducir todos los datos necesarios para la obtención del nuevo modelo antes de realizar el análisis y dirigirse a la pantalla de diseño.

Esta introducción se realiza a través de ventanas desplegables en caso de múltiples opciones o mediante teclado. Todos los datos de entrada como las propiedades del material, secciones, geometría y parámetros de diseño pueden ser modificados en cualquier momento antes y después del análisis.

2) Análisis/Diseño/Detallamiento Una vez introducido el modelo debe analizarse adecuadamente antes de proceder con el diseño. Para ello deben considerarse diferentes parámetros dependientes del tipo de material, como por ejemplo la longitud no arriostrada Lb y el coeficiente de flexión Cb entre otros para el acero; y en miembros de madera diferentes coeficientes y parámetros de diseño, todo lo cual se encuentra descrito en detalle en los capítulos referentes, exclusivos a dichos materiales.

3) Verificaciones El siguiente paso son las verificaciones según el material a utilizar y la norma de diseño empleada. Las verificaciones se realizan en el módulo de diseño y detallamiento que será explicado más adelante.

4) Optimización Como último paso se tiene la optimización de secciones. Esto implica que las secciones sobredimensionadas serán cambiadas por otras secciones (normalmente de menor peso) de un grupo predefinido de secciones que pueden soportar adecuadamente las cargas impuestas o en caso de secciones que fallan, encontrar nuevas secciones que resistan. Es importante notar que este proceso puede tomar varias iteraciones principalmente por la gran influencia del peso propio, que es afectado por la sección del miembro. Para más detalles ver el capítulo de optimización de este Manual.

561

Capítulo 33: Diseño de cerchas

Notas Técnicas

Generalidades El diseño de cerchas se realiza para todas las combinaciones de carga (diseño o servicio) definidas para el material, pudiendo ser observados seleccionando el estado o combinación requerido en la barra Estado de la pantalla de diseño.

Los siguientes ítems se verifican en el diseño de cerchas de aceroy/o madera.

• Axial

• Flexión

• Corte

Limitaciones El programa presenta las siguientes limitaciones en cuanto al análisis y diseño:

• Sólo se considera la flexión alrededor del eje 3-3 del miembro (flexión uniaxial principal).

• No se considera torsión en el diseño.

Normas de diseño Las versiones de las normas consideradas en la presente versión son:

• ANSI/AISC 360-05 ASD/LRFD. Manual de Construcción en Acero – Diseño por tensiones admisibles– Diseño por factor de resistencia y carga (Manual AISC13ava Edición - 2005).

• AISI –ASD-LRFD Manual de Diseño para Acero laminado en frío – Diseño por tensiones admisibles y por factor de resistencia y carga (Edición de 2001 con suplemento 2004).

• NDS. National Design Specification - 2005 Edition - American Forest & Paper Association - American Wood Council. Incluye ambos métodos (ASD/LRFD).

El usuario debe especificar la norma que se adoptará para el diseño según el tipo de material que vaya a utilizar.

Geometry La aplicación está utilizando las plantillas RAM Advane para generar las cechas usando sólo una corta secuencia de teclas. Esto se logra seleccionando la opción estándar y el tipo de cercha deseada.

La cercha se define con datos simples como ser la longitud , el alto, el número de segmentos, etc. La opción especial de geometría paramétrica y la de considerar dimensiones externas permiten al usuario realizar importantes cambios que de otra manera llevarían mucho tiempo.

Análisis El análisis se realiza de manera previa al diseño. Esta requiere la definición de la geometría y las cargas.

Combinación de cargas Se tienen dos grupos de combinaciones de carga:

562

Capítulo 33: Diseño de cerchas

Combinaciones de servicio: que son utilizadas para la verificación de deflexiones y sus nombres empiezan con “S”.

Combinaciones de diseño: que son utilizadas para el diseño de los diferentes miembros. Dependiendo del material y la norma adoptados, se deberá asignar a este grupo combinaciones mayoradas (estados límites últimos, LRFD) o combinaciones sin mayorar (método de los esfuerzos admisibles, ASD). Los nombres empiezan con “D”.

Observe que sólo las combinaciones de este grupo serán tomadas en cuenta en el diseño.

Note también que Ud. puede generar automáticamente las combinaciones que requiera mediante el generador de combinaciones de carga, número que dependerá del número y tipo de estados de carga definidos.

Parámetros de diseño A continuación se describen algunos de los parámetros que el usuario debe tener en cuenta en la introducción de datos. Para mayor información, referirse a los capítulos específicos de cada material donde obtendrá una descripción detallada de los mismos.

Parámetros generales El tipo de arriostramiento del miembro, la longitud no arriostrada y si se van a calcular éstas longitudes de forma automática puede definirse con una sola opción para todo el conjunto de parámetros. Si una de las anteriores opciones se deshabilita, entonces el usuario tiene que definir la condición de cada miembro individualmente en una planilla.

¡Importante! Cuando la longitud no arriostrada es diferente de la longitud del miembro, el coeficiente Cb debe calcularse manualmente o asumir un valor igual a la unidad.

Parámetros de diseño de madera El diseño en madera requiere de varios parámetros. Sin embargo, muchos de éstos se pueden definir, en general, para todos los elementos de la cecha, como ser las condiciones de humedad, temperatura, etc. Sólo la longitud no arriostrada y los parámetros de entalladura se requieren para miembros individualmente.

Diseño Todas las consideraciones e información detallada acerca del procedimiento de diseño según el material, norma y código de diseño a ser empleados, están desarrolladas en este Manual, para lo cual puede referirse a capítulos anteriores correspondientes al material que desea utilizar.

Módulo de diseño de vigas Esta sección describe las opciones disponibles en el módulo de diseño de cerchas. Como todos los módulos de diseño, el diseño se ejecuta automáticamente, donde el usuario ingresa únicamente la geometría, los materiales y los parámetros de diseño.

Este módulo es independiente del programa principal (no requiere ningún dato del modelo) y se invoca seleccionando Modulo/Carchas... de la barra de menús.

563

Capítulo 33: Diseño de cerchas

Pantalla de Datos La primera pantalla que se observa cuando se entra al módulo es la pantalla de datos. En esta pantalla se pueden modificar las propiedades del material, sección, geometría y parámetros de diseño, a través de pestañas desplegables en caso de múltiples opciones.

n la pantalla de datos se distinguen 3 diferentes ventanas como se muestra en la figura:

Pantalla de datos con 3 ventanas diferentes

1) Propiedades (A)

2) Dibujo (B)

3) Ayuda (C)

La ventana de propiedades (A), se utiliza para introducir toda la información necesaria de la cercha; esta ventana irá cambiando a medida que los datos estén siendo introducidos. Algunas opciones aparecerán únicamente para ciertos códigos de diseño, según el material elegido

564

Capítulo 33: Diseño de cerchas

La ventana de dibujo (B), representa toda la información ingresada en el área de propiedades, tanto de geometría como de cargas asignadas. El usuario puede modificar todas las propiedades que se encuentren en texto rojo a través de esta área, como se indica a continuación:

Haga clic en el texto rojo de la propiedad que desea modificar y escoja otra de la ventana desplegable o edite este valor.

La ventana de ayuda (C), muestra información acerca del ítem actualmente seleccionado en la ventana de propiedades (A).

Luego de finalizar con la modelación puede pasar a ver la pantalla de diseño.

Pantalla de Diseño

Para ver la pantalla de diseño presione el segundo botón de la barra que queda al lado del botón de datos. Esta pantalla se utiliza para mostrar los diagramas de requerimiento y capacidad de la viga.

Note la existencia de un Semáforo en la esquina superior derecha. Este semáforo es un indicador de estatus de diseño donde: la luz roja indica que la relación de esfuerzos es mayor a la unidad y por lo tanto falla. La luz amarilla indica que la relación de esfuerzos es correcta, pero existe un requerimiento de diseño no satisfecho como la deflexión por ejemplo, y finalmente, la luz verde indica que el estatus de diseño del miembro está bien.

565

Capítulo 33: Diseño de cerchas

566

Semáforo

Pantalla de optimización En esta pantalla se realiza la optimización de secciones de perfiles metálicos y de madera. Esta opción, en particular, permite el cambio de secciones por otras de acuerdo al criterio implícito en el conjunto de secciones proporcionado y a las relaciones límites de esfuerzos y/o deflexiones. Es decir, que la sección original podrá ser reemplazada por otra que resista las solicitaciones impuestas, y además, se encuentre antes de la sección original en la lista del conjunto especificado para la optimización. La optimización puede requerir de varias iteraciones.

Para más detalles acerca de comandos y procedimientos para la optimización de secciones, referirse al capítulo correspondiente de este Manual.

Reportes y salida de resultados por pantalla Este módulo de detallamiento permite generar un reporte donde se encuentran tanto los datos de entrada y resultados del análisis, como los resultados del diseño.

En el reporte se encuentran:

• el resumen de resultados de análisis para cada miembro físico.

• el resumen de resultados de diseño por elemento (no por miembro físico), para la combinación de carga crítica.

Para ingresar al reporte, presione el botón de cualquiera de las pantallas y se desplegará el reporte.

Para una explicación detallada de los comandos en este reporte, vea la sección Reporte del capítulo Impresión de Gráficos y Reportes.