Manual SAP2000

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MMAANNUUAALLDDEEUUSSUUAARRIIOO

Integrated Software for Structural Analysis & Design

(Software Integrado para el Anlisis y Diseo Estructural)

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Manual de Usuario del Programa SAP-2000 v.15

M.I. Jos Antonio Lpez Meza / [email protected]

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PRLOGO

"Structural engineering is the art of molding materials we don't wholly understand, into shapes we can't fully analyze, so as

to withstand forces we can't really assess, in such a way that the community at large has no reason to suspect the extent of

our ignorance." ...James E. Amrhein

En los ltimos aos, el uso de programas de cmputo en los procesos de anlisis y diseo en

ingeniera se ha extendido ampliamente. Particularmente en ingeniera estructural, los programasde anlisis cubren un campo de aplicaciones que van desde las estructuras a base de marcos

rgidos, muros de cortante, hasta la inclusin de disipadores de energa o de aisladores ssmicos en

la base. Los pisos o coberturas laminares pueden ser modelados con elementos finitos apropiados.

Asimismo, debido al desarrollo de aplicaciones con elementos finitos, con ciertos programas es

posible modelar el suelo circundante a la cimentacin en conjunto con las estructuras de la

cimentacin. En la actualidad se cuentan con programas de uso general - para diversos tipos de

estructuras: edificios, puentes, losas, estructuras analizables con estados planos de esfuerzo o

deformacin, etc. tales como SAP en sus diferentes versiones.

SAP-2000 es quiz la plataforma ms conocida y utilizada en la Ingeniera Estructural, desde la

introduccin de SAP, SOLIDSAP y SAP IV hace ms de 30 aos, seguido de la implementacin en

PCs con SAP80 y SAP90. Para las ms sofisticadas tcnicas numricas, SAP2000 aade una

grandiosa, completa y fcil interfaz grfica para el usuario, adems de capacidades de diseo de

gran alcance. El resultado es un programa de anlisis y diseo sin igual en la eficiencia y la

productividad que es utilizado por miles de empresas de ingeniera en ms de un centenar de

pases, incluido Mxico, donde se cuenta con un soporte tcnico para el usuario autorizado,

manuales y guas de video con audio en lnea.

Dado lo anterior, la Divisin de Educacin Continua y a Distancia de la Facultad de Ingeniera de la

UNAM consider conveniente impartir el presente curso para la enseanza del programa SAP-2000.

Quien imparte el presente curso consider apropiado el desarrollo del presente manual para la

enseanza del programa. Este manual es una introduccin a SAP-2000 versin 15 de manera

sencilla y resumida para que el usuario pueda resolver gilmente su problema en lo que respecta al

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Anlisis y Diseo de Estructuras utilizando el programa SAP-2000. El manual incluye instrucciones

paso a paso para guiarle a travs del desarrollo de su primer modelo.

La principal intencin es demostrar los fundamentos tericos y mostrar lo fcil y rpido que puede

ser creado un modelo en el programa.

JOS ANTONIO LPEZ MEZASeptiembre del 2011

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CONTENIDO

PRLOGO --------------------------------------------------------------------------------------------------------1

CONTENIDO -----------------------------------------------------------------------------------------------------3

CAPTULO 1. INTRODUCCIN AL PROGRAMA SAP-2000 --------------------------------------------5

1.1 Introduccin al SAP-2000 y descripcin general de las opciones del programa

1.2 Elementos de un modelo en SAP-2000

1.2.1 Elemento Frame

1.3 Sistemas de Coordenadas

1.3.1 Sistema de Coordenadas Globales

1.3.2 Sistema de Coordenadas Locales

CAPTULO 2. INTRODUCCIN AL MODELADO DE ESTRUCTURAS CON SAP-2000 ----------12

2.1 Recomendaciones para el uso del programa de cmputo

2.2 Ejecucin del Programa

2.3 Lista general de Mens desplegables en pantalla2.3.1 Descripcin de mens del programa SAP-2000

2.4 Capacidades adicionales del programa SAP-2000

2.4.1 Importacin del modelo haciendo interfaz con otros programas de cmputo

2.4.1.1 Relacin con AutoCAD

2.4.1.2 Relacin con STAAD.Pro

2.4.1.3 Archivo de entrada y su interfaz con editores de texto

2.4.1.4 Interaccin con Microsoft Excel

CAPTULO 3. MODELADO Y ANLISIS ESTRUCTURAL ----------------------------------------------51

3.1 Generacin de la geometra global dada una estructuracin previa

3.1.1 Tipo de Estructura

3.1.2 Definir Elementos Estructurales

3.1.3 Definir Apoyos

3.1.4 Definir Diafragmas Rgidos

3.1.5 Definicin de los Materiales

3.1.6 Definicin de las propiedades geomtricas de los Elementos

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3.1.7 Definicin y Asignacin de las Cargas Externas

3.1.8 Definicin de Combinaciones de Cargas

3.1.9 Eleccin del Tipo de Anlisis

CAPTULO 4. INTERPRETACIN DE LOS RESULTADOS DEL ANLISIS ---------------------------80

4.1 Estructura Deformada

4.2 Diagramas de Elementos Mecnicos y Tablas

CAPTULO 5. INTRODUCCIN AL DISEO ESTRUCTURAL CON SAP-2000 ---------------------89

5.1 Diseo de Elementos de Concreto

5.2 Diseo de Elementos de Acero

CAPTULO 6. DISCUSIN FINAL ---------------------------------------------------------------------------97

CAPTULO 7. REFERENCIAS --------------------------------------------------------------------------------98

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INTRODUCCIN AL PROGRAMA SAP-2000

1.1 INTRODUCCIN AL PROGRAMA SAP-2000 Y DESCRIPCIN GENERAL DE LAS OPCIONES

DEL PROGRAMA

Los programas de anlisis estructural son una herramienta importante hoy da, ya que se pueden

modelar estructuras completas o elementos medulares para el buen funcionamiento de dichas

estructuras; los programas de anlisis se deben tomar como una ayuda para la rapidez de la

obtencin de los elementos mecnicos para el diseo de las estructuras, aunque el usuario est

obligado a manejar dichos elementos con el criterio de optimizar el diseo y consciente de que los

resultados son aproximadamente los esperados.

Dado lo anterior, el programa SAP-2000 desarrollado por la empresa CSI, Computer and Structures,

Inc. en Berkeley, California, EEUU se presenta en varias versiones (Basic, Plus, Advanced y

Ultimate).

SAP-2000 Basic - Ofrece anlisis esttico y anlisis dinmico modal espectral para elementos y

placas. Tambin disea elementos de acero y concreto, y est limitado a 1,500 nodos.

SAP-2000 Plus- Ofrece las mismas caractersticas que la versin Basic, y adems anlisis dinmico

historial y anlisis de elementos planos, slidos y tipo Asolids. No hay lmites en el nmero de

nodos.

SAP-2000 Advanced- Expande las opciones del Plus con anlisis dinmico historial de tiempo no

lineal (amortiguadores o disipadores, aisladores de base) y ofrece adems anlisis Pushover 3-D

esttico no lineal.

CAPTULOI

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SAP-2000 Ultimate Adems de las opciones del Advanced, incluye algunos detalles en cuanto a

comportamiento local de elementos estructurales como el deslizamiento, la contraccin, adems de

mayores posibilidades de edicin de elementos placa y barra. Es muy similar a la versin Advanced

Las versiones anteriores de SAP2000 incluan algunos mdulos como el Bridge Modeler, ahora

convertido en un programa independiente de nombre CSI Bridge 15, en el cual se puede modelar

cualquier estructural al igual que en SAP2000 y as mismo Puentes.

Todas las opciones anteriores han sido desarrolladas a lo largo de ms de 30 aos para brindarle al

usuario una herramienta confiable, sofisticada y fcil de usar sobre la base de una poderosa e

intuitiva interfaz grfica con procedimientos de modelaje, anlisis y diseo estructural a lavanguardia a nivel mundial.

En relacin a la creacin de modelos SAP-2000 cuenta con una serie de plantillas predeterminadas

que permiten generar la geometra de los mismos de forma rpida y eficiente. Por otra parte,

maneja un sistema espacial de lneas de referencia (Grid Lines) asociadas a un determinado sistema

de coordenadas (cartesiano o cilndrico), que sirven de gua para establecer cada uno de los

elementos que conforman el modelo.

SAP-2000 es capaz de manejar los ms grandes y complejos modelos impulsados por un motor de

anlisis incomparable e instrumentos de diseo para ingenieros que trabajan en el rea de

transporte, industrial, trabajos pblicos, deportes, y otras instalaciones. En trminos de uso permite

realizar diversos Anlisis Estticos y Dinmicos de forma lineal y No Lineal a travs de funciones

espectrales y Tiempo-Historia. Pueden incorporarse cables, resortes, amortiguadores, aisladores,

Disipadores, secciones no prismticas, etc.

SAP-2000 determina a travs del mtodo de elementos finitos la respuesta en trminos de fuerzas,

esfuerzos y deformadas en los elementos de rea y slidos, presentando una salida grfica y por

tablas, hacindolo la herramienta predilecta para ingenieros estructurales dedicados a la

investigacin, desarrollo de proyectos y construccin.

SAP-2000 posee un poderoso diseo en acero, concreto y aluminio completamente integrado,

todos disponibles desde la misma interfaz usada para modelar y analizar el modelo. El diseo de

miembros de acero y aluminio permite el predimensionado inicial y una optimizacin interactiva, y

el diseo de elementos de concreto incluye el clculo de la cantidad de acero de refuerzo

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requerido, considerando incluso un nivel de diseo sismorresistente. El diseo en general, se realiza

a travs de cdigos internacionales actualizados

En relacin al anlisis No Lineal podemos obtener la curva de capacidad de una estructura a travs

de la aplicacin de un Pushover y la definicin de articulaciones plsticas en los extremos de los

elementos. Esta curva de Capacidad permite estudiar los mecanismos de falla que presenta un

determinado modelo obteniendo la ductilidad, capacidad ltima, mxima deformacin inelstica,

etc. Adicionalmente, la capacidad puede verificarse contra la demanda impuesta siguiendo los

criterios de las Normas FEMA 356, FEMA 440, ATC 40, Esto permite validar los procedimientos

normativos en el rea de desempeo sismorresistente.

El uso de Resortes con un comportamiento slo a compresin permite estudiar, anlisis y disear

sistemas de cimentaciones y/o Losas sobre un medio elstico como el suelo, desincorporando

aquellos resortes que bajo un determinado caso de carga se encuentran a traccin (Up-lift).

Adicionalmente, a travs del comando section cut en elementos de Lineales, de rea y Slidos

podemos obtener las Fuerzas Resultantes que actan, en un grupo especfico de elementos, bajo

un determinado rgimen de cargas.

Por otra parte, puede realizarse un estudio de la capacidad a compresin (Carga Crtica de pandeo)de modelos de lneas, reas y slidos simulando conexiones, cerchas, planchas, perfiles, sistemas

en Acero, etc.

Por otra parte, SAP-2000fue desarrollado bajo la hiptesis de que la estructura est formada por

barras prismticas (aunque tambin maneja cierto tipo de barras de seccin variable) de eje recto,

considerando tambin la posibilidad de modelar elementos placa y slido (elementos finitos).

El programa consta de una interfaz grfica muy amable con el usuario (ver figura 1), y consta de

una serie de mens que no se despliegan automticamente al abrir el programa como sucede con

otras suites de clculo estructural, lo que lo hace en cierta manera muy manejable, aunque

realmente la facilidad para interactuar con un programa como SAP-2000 depende de que el

usuario est familiarizado no nicamente con los conceptos bsicos y el procedimiento del anlisis

y el diseo estructural, sino tambin con la terminologa y nomenclatura, adems de un nivel bsico

de ingls. La terminologa bsica y los mens y dems cuestiones esenciales se irn describiendo

ms adelante.

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Figura 1.1.Ventana principal del programa SAP-2000 v.15 Ultimate

Previamente a adentrarse en el programa hay que conocer la biblioteca de elementos que podran

constituir un modelo en SAP-2000, as mismo identificar los ejes coordinados globales y locales

para la correcta operacin del programa, los cuales se identifican en la ventana de la derecha en la

figura 1.2.

Figura 1.2. Ventana con men de secciones y ejes globales del modelo

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1.2 ELEMENTOS DE UN MODELO EN SAP2000

Los elementos de un modelo estructural (nudos, barras, losas, muros, etc.) son representados en

SAP2000 mediante objetos, as los puntos representan nodos, las lneas representan barras y

conjuntos de lneas dan lugar a elementos planos que, usualmente varios de ellos pueden

representar losas, muros, etc. Mediante la interfaz grfica propia de SAP2000 el usuario dibuja

esos objetos (puntos, lneas, conjuntos de lneas, etc.) para despus asignarles propiedades, por

ejemplo, asignarle restricciones a puntos con lo que se estn definiendo apoyos, propiedades

geomtricas y mecnicas a lneas para especificar barras, asignar fuerzas a puntos (nudos) y a

lneas (barras), etc. En general, se procura que la geometra de un objeto corresponda con la delelemento fsico que se modela (barra, muro, apoyo, etc.).

1.2.1 Elemento Frame

El elemento ms utilizado despus de los nodos por supuesto, es el elemento Frame(Barra), el cual

se emplea para modelar elementos Viga/Columna, armaduras, contravientos en estructuras planas

y espaciales.

Para este elemento, SAP-2000 utiliza una formulacin viga-columna que incluye los efectos de

flexin biaxial, torsin, deformacin axial y deformaciones biaxiales por cortante.

El elemento Framese modela como una lnea recta conectada por dos puntos: i y j, los cuales no

pueden ocupar la misma posicin en el elemento. Cada barra tiene su propio sistema coordenado

local que permite definir sus propiedades geomtricas y cargas as como interpretar los resultados

(elementos mecnicos). Cada barra puede ser cargada por su propio peso, cargas mltiples

concentradas o cargas mltiples distribuidas, as mismo es posible definir la dimensin finita de la

unin viga-columna y as mismo, liberar algn elemento mecnico en sus extremos. Para el

elemento barra se activan los seis grados de libertad en sus dos extremos.

Como se mencion anteriormente, cada elemento barra tiene su propio sistema coordenado local

que se utiliza para definir las propiedades de sus seccin transversal, cargas y resultados, los ejes

de ese sistema local se identifican como 1, 2 y 3, el eje 1 est dirigido a lo largo del elemento, los

otros dos forman un plano perpendicular al elemento con una orientacin especfica, en la mayora

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de las estructuras la ubicacin de los ejes locales es muy sencilla y, generalmente, queda

determinada por la relacin entre el eje local 1 y el eje global Z (orientacin automtica).

Para comprender ms del elemento Frame, se recomienda revisar la referencia CSI Analysis

Reference Manual, en su Captulo 4 Elemento Barra. La referencia se localiza en el men raz del

programa o en el disco de instalacin.

1.3 SISTEMAS DE COORDENADAS

Cada estructura puede utilizar diferentes sistemas de coordenadas para describir la ubicacin de

los puntos, los sentidos o direcciones de las cargas, los desplazamientos, las fuerzas internas y

esfuerzos. La comprensin de estos diferentes sistemas de coordenadas es crucial para ser capaz

de definir correctamente el modelo e interpretar los resultados.

Todos los sistemas de coordenadas en el modelo se definen con respecto a un nico sistema global

de coordenadas. Cada parte del modelo (elemento, restriccin) tiene su propio sistema de

coordenadas local. Adems, puede crear alternativas de sistemas de coordenadas que se utilizan

para definir las ubicaciones y direcciones.

Todos los sistemas de coordenadas son de tres dimensiones, y con productos de vectores cruzados

se definen los sistemas locales y alternos con respecto al sistema global.

SAP-2000 asume siempre que Z es el eje vertical, con +Z en direccin vertical positiva. La direccin

vertical se utiliza para ayudar a definir los sistemas de coordenadas locales.

La ubicacin de puntos y direcciones en un sistema de coordenadas se pueden especificar

utilizando coordenadas cartesianas o cilndricas.

1.3.1 Sistema de Coordenadas Globales

El sistema de coordenadas globales es tridimensional, satisface la regla de la mano derecha, y tiene

coordenadas cartesianas. Los tres ejes, denominados X, Y y Z, son mutuamente perpendiculares

entre s y deben tener un origen, (ver figura 1.3).

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Como se dijo, SAP2000 siempre asume que el eje +Z es vertical y hacia arriba, los sistemas

coordenados locales para nudos, elementos, son definidos con respecto a esa direccin positiva, la

carga de peso propio siempre acta en la direccin Z.

Para mayor revisin del tema, se recomienda consultar la referencia CSI Analysis Reference Manual,

en su Captulo 3 Sistemas Coordenados.

1.3.2 Sistema de Coordenadas Locales

Cada parte del modelo estructural (nudo, barra, apoyo, etc.), tiene su propio sistema coordenado

local que se utiliza para definir propiedades y cargas as como para referenciar la respuesta

estructural de esa parte. Los ejes coordenados locales se identifican con los nmeros 1-2-3, en

general estos ejes pueden variar de nudo a nudo, de barra a barra, de apoyo a apoyo.

Las coordenadas locales 1-2-3 de los nodos, normalmente son las mismas que las coordenadas X-Y-

Z del sistema global. Sin embargo, se puede definir cualquier orientacin arbitraria para un sistema

coordenado local especificando dos vectores de referencia y/o tres ngulos de rotacin.

De acuerdo a la figura 1.3, el eje 1(x) se muestra en color rojo, el 2(y) en blanco y el 3(z) en azul.

Figura 1.3 Ejes Coordenados Globales en SAP2000

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INTRODUCCIN AL MODELADO DE

ESTRUCTURAS CON SAP-2000

2.1 RECOMENDACIONES PARA EL USO DEL PROGRAMA DE CMPUTO

El programa de cmputo SAP-2000posee una interfaz grfica como una opcin que le permite al

usuario modelar, analizar, disear y desplegar tanto datos como resultados de una estructura, una

vez que se cuenta con los datos de geometra, propiedades de los materiales de los cuales estn

hechos los elementos estructurales as como las cargas y desde luego un completo y correcto

entendimiento del problema, se est en condiciones de utilizar el programa, para ello habr

necesidad de modelar a los elementos anteriores.

Una vez definido el modelo que se utilizar para esos elementos se introducir el modelo completo

utilizando la interfaz grfica.

2.2 EJECUCIN DEL PROGRAMA

Para empezar a trabajar en SAP-2000 se puede dar doble clic izquierdo sobre el cono ubicado en

el escritorio de Windows, o bien, en Inicio de Barra de Tareas, desplazarse a Programas y ubicar

Computers and Structures, el cual desplegar el listado de programas de dicha compaa y donde

encontraremos la pestaa de SAP2000 v.15 y se termina dando clic izquierdo en SAP-2000.

Al entrar al programa se nos presenta una pantalla de fondo blanco. All en la parte inferior

derecha se despliega un men con las unidades a utilizar en la generacin del modelo estructural,

mientras que en la parte superior izquierda se encuentra activo el men File (Archivo) donde se

puede abrir o importar un modelo existente, o bien, generar un nuevo modelo. Por otra parte, en

la parte superior se encuentra el men Help (Ayuda), como se muestra en la figura 2.1.

CAPTULOII

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Figura 2.1. Ventana Principal de SAP2000

2.3 LISTA GENERAL DE MENS DESPLEGABLES EN PANTALLA

Como se muestra en la figura 2.1, la pantalla principal de SAP-2000 despliega los siguientes mens

en la parte superior y en el extremo izquierdo (ver figuras 2.2), los cuales se describen ms

adelante.

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14| P g i n aFiguras 2.2. Mens e iconos del programa SAP2000

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2.3.1. Descripcin de Mens del programa SAP-2000

A continuacin se describen los Mens, uno por uno, para que el usuario comience a familiarizarse

con los trminos tcnicos y la ubicacin de los mismos para con ello estar en condiciones de

generar la primera estructura en SAP-2000.

Los Mens descritos a continuacin son todos aquellos localizados en la parte superior de la

ventana principal de SAP-2000. Los iconos del extremo izquierdo no sern descritos ya que

pueden ser activados desde los mens superiores.

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Men File: Archivo.

EL men File(Figura 2.3) permite manipular la informacin de alguna estructura contenida en un

archivo previamente generado o manipular desde el origen un archivo de un modelo estructural

nuevo. Al entrar al men File, se presentan las siguientes opciones activas:

Figura 2.3. Men File

New Model Initialization: Condiciones de Inicio de un Nuevo Modelo.

Iniciar un Nuevo Modelo

Abrir un Modelo existente

Guardar Modelo

Im ortar Archivo

Ex ortar Archivo

Crear Video

Confi uracin de Im resiones

Im rimir Grficos

Im rimir Tablas

Configuracin del Reporte

Crear Re orte

Ca turar Im enes Archivos

Mostrar Modificar la informacin del Pro ecto

Mostrar Archivo de Entrada

Lista de Archivos utilizados recientemente

Salir

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Al seleccionar la opcin New Model se nos presentan las diferentes estructuras predeterminadas,

como se muestra en la figura 2.4.

Figura 2.4. Ventana para Nuevo Modelo

Initialize Model from Default with Units: Iniciar un Modelo con las unidades seleccionadas.

Initialize Model from an Existing Model: Iniciar un Modelo a partir de uno existente con sus

unidades, definiciones y preferencias.

Al iniciar SAP-2000 se recomienda seleccionar las unidades en las que se van a introducir los datos

de la estructura a analizar y tenerlas presentes a la hora de definir alturas, anchos de crujas,

secciones, propiedades mecnicas, cargas estticas o dinmicas, etc.

Select Template: Seleccionar Plantilla.

Condiciones de Inicio

de Nuevo Modelo

Seleccionar Plantilla

Unidades

Informacin del

Pro ecto

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Para el caso de las estructuras tipo armadura slo se considerar el efecto axial en el anlisis. En

las estructuras planas se consideran cortante y axial en el plano de la estructura y flexin

perpendicular a ese plano. En las estructuras espaciales, se consideran flexin y cortante en dos

direcciones, torsin y axial, con seis grados de libertad por nudo, desde luego que se pueden

liberar extremos de las barras a algn elemento mecnico y suprimir o ligar grados de libertad

(diafragma rgido por ejemplo).

Bien, ahora empecemos con la modelacin:

Opcin Blank:

Se nos presenta la pantalla divida verticalmente sin ningn tipo de definiciones (figura 2.5),

regularmente a la izquierda se aprecia el modelo en 3D y a la derecha el modelo en el plano que el

usuario elija, sin embargo ambos pueden ser redefinidos por el usuario.

Pantalla enblanco

SloCuadrcula

Vigas ArmadurasPlanas

ArmadurasEspaciales

MarcosPlanos

MarcosEspaciales

Muros Losas Cascarones Escaleras Estructurasde Depsito

Estructurasbajo tierra

Modelosslidos

Tuberas yPlacas

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Figura 2.5. Ventanas principales del programa SAP2000

Esta opcin es muy til y recomendable si se quiere importar un modelo donde se tienen todas las

definiciones preestablecidas incluyendo las lneas de Gridque funcionan como ejes referenciales en

3D.

Opcin Grid Only:

Al entrar se nos presenta una ventana donde se pueden definir las lneas de Gridpara un Sistema

de Coordenada Cartesiano o Cilndrico (ver figura 2.6). En este Manual nos concentraremos

nicamente en el Sistema de Coordenadas Cartesianas como se muestra a continuacin:

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Figura 2.6.Definicin de ejes principales (Grids)

Al dar clic en OK, el programa nos mostrar lo siguiente (ver figura 2.7): (Ntese que coincide el

nmero de ejes arriba declarados).

Figura 2.7. Vista 3D y 2D de los Ejes Grids

Seleccin de Coordenadas Cartesianas

Nmero de Lneas de la Cuadrcula en direccin X Y Z

Espaciamiento de Lneas de laCuadrcula en direccin X,Y, Z

Ubicacin de la primera lnea dela Cuadrcula en direccin X,Y, Z

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Opcin Beam:

Al entrar se nos presenta una ventana (figura 2.8) donde se puede definir el nmero de tramos,

longitud de los tramos, la seccin de la Viga, Restricciones y las lneas de Grid.

Figura 2.8. Opciones para Elemento Viga

Al definir lo anterior, el programa nos modela lo que se aprecia en la figura 2.9.

Figura 2.9. Modelacin de Viga en 2D y 3D

Editar espaciamiento de laslneas del Grid y ubicacin

del ori enNmero de tramos

de la viga Lon itud de tramos

Lista de secciones(Previamente definidas)

Aadir una nueva seccin de laBiblioteca o una seccin propia

del usuario

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Opcin 2D Trusses:

Al entrar se nos presenta una ventana (figura 2.10), donde se puede elegir entre tres tipos de

Armaduras Planas. En cada caso se especifica el Nmero de Divisiones, Longitud de las Divisiones,

Alturas, Secciones, Restricciones y las Lneas de Grid.

Figura 2.10. Opciones para Elemento Armaduras Planas

Al establecer los parmetros anteriores se obtiene la siguiente vista de pantalla (figura 2.11):

2.11. Modelacin de Armadura Plana (Tipo 1)


del ori enNmero dedivisiones Longitud de tramos



del usuario

Incluir restricciones(a o os)

Altura

Cerchas

Arriotramientos

Tipo deArmadura

Plana

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A continuacin se muestra otro tipo de armadura que es posible modelar en SAP-2000.

2.12. Modelacin de Armadura Plana (Tipo 2)

Opcin 2D Frames:

Al entrar se nos presenta una ventana (figura 2.13), donde se puede elegir entre tres tipos de

Marcos Planos. En cada caso se especifica el nmero de Pisos, Altura de Pisos, nmero de crujas,

ancho de crujas, secciones, Restricciones y las Lneas de Grid.

2.13

2.13. Opciones para Marcos Planos


del ori enDimensiones generales

del Marco



del usuario

Incluir restricciones(a o os)

Vigas

Columnas

Tipo deMarcoPlano

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Number of Stories: Nmero de Pisos

Number of Bays: Nmero de Crujas

Story Height: Altura de Pisos

Bay Width: Ancho de Cruja

La modelacin en SAP-2000 para Marcos Planos es la siguiente (figura 2.14):

Figura 2.14. Modelacin de Marco Plano

Definicin de la Cuadrcula (Grid)

Para acceder a la ventana Define Grid System Data, hay 3 maneras distintas. La primera es

mediante la ventana de Nuevo Modelo y seleccionar Grid Only, all el usuario define el nmero de

ejes y la distancia entre ellos, la cual de esta manera todas las crujas de lo que ser el modelo

tendrn la misma distancia, para modificar este detalle y otros, es necesario modificar la Cuadrcula

(Grid), para ello basta con dar clic derecho sobre la ventana de trabajo para posteriormente dar clic

izquierdo sobre Modify/Show System, como se muestra a continuacin (figuras 2.15):

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Figura 2.15. Acceso a men para modificar Grids.

Con lo cual accedemos a la ventana Grid System Data (ver figura 2.16), en la cual se pueden

modificar las coordenadas de cada eje X, Y, Z, as como los colores y su visibilidad.

Figura 2.16. Definicin y configuracin para Ejes-Grids

Grid ID: Nombre del Eje.

Line Type: Permite definir el tipo de Eje.

Visibility: Permite definir si el Grid se quiere mostrar en el modelo estructural.

Bubble Loc: Permite cambiar la orientacin del eje.

Nombredel eje

Opciones de edicin yformatos

Unidades

Coordenadas

Tipo de Lnea:Primaria oSecundaria

Visibilidaddel eje

Vista General

Mostrar Coordenadas ose aracin entre e es

Mostrar uocultar ejes

Tamao de laburbuja quemarca el e e

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Bubble Size: Tamao de la burbuja de cada eje.

Grid Color: Permite asignarle a cada Eje un color particular.

Hide All Grid Lines: Ocultar todos los ejes.

Blue To Grid Lines: Unir las lneas al Grid.

Reorder Ordinates: Reordenar Coordenadas.

Las segunda opcin para acceder a la ventana anterior es de igual manera teniendo abierto

cualquier modelo o habiendo accedido a un nuevo modelo de Vigas, Armaduras, Marcos, siempre

al dar clic derecho y repetir al procedimiento anterior se podr acceder a modificar los ejes de la

estructura a modelar, lo cual es una gran ayuda ya que es frecuente en la prctica profesional la

existencia de cambios en la geometra del proyecto.

La tercera forma de ingresar a la ventana de Grid, es al seleccionar un Nuevo Modelo ya sea de

Vigas, Armaduras, Marcos, etc, nos aparece una ventana para establecer las medidas, secciones,

restricciones del modelo y siempre un botn Edit Grid, al dar clic izquierdo en l, se accede

automticamente a la ventana de configuracin de ejes.

Una vez creado el Modelo base y la Cuadrcula de Ejes (Grid) se activan muchos Mens, por lo cual

se prosigue a explicar cada uno de ellos.

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27| P g i n a

Men Edit: Editar.

El men Edit (Figura 2.17) permite desde introducir y hacer cambios a la geometra del modelo

hasta suprimir y modificar algunos de sus elementos estructurales. La mayor parte de las opciones

contenidas en este men operan en conjunto con las del men Select,el cual se expondr ms

adelante. Al abrir el Men Editse tiene lo siguiente:

Figura 2.17. Men Edit

Deshacer Rehacer

Cortar

Copiar

Pegar

Borrar

A re ar Plantilla al Modelo

Mostrar en Tablas lo actualmente modelado

Replicar nodos, elementos del modelo

Extruir elementos a reas, slidos

Cambiar las coordenadas de nodos, elementos

Editar Nodos

Editar reas

Mostrar elementos duplicados

Cambiar etiquetas a nodos, elementos, cargas, etc

Editar elementos (dividir lneas)

Dividir Slidos

Unir elementos duplicados

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28| P g i n a

Men View: Visualizar.

El men View (Figura 2.18) permite la modificacin de las vistas y el despliegue del modelo

estructural en la ventana principal de SAP-2000. Este men es a criterio del usuario, ya que

depende como mejor se acomode y cunto se le facilite trabajar al mismo con una vista en 2D, 3D,

usar o no ejes principales, o hasta recortar la estructura 3D a una vista en 3D. El men View,

despliega las siguientes opciones:

Figura 2.18. Men View

Vista en 3D

Fi ar lmites del Modelo

Establecer o ciones de Visualizacin

Zoom de Ventana

Des lazarse en el Modelo

Mostrar E es Globales

Restaurar seleccin revia en la vista

Mostrar Cuadrcula de E es

Ver elementos no seleccionados

Vista en el lano

Restaurar Vista Com leta

Zoom Previo

Acercar Zoom en un aso

Ale ar Zoom en un aso

Mostrar todo

Actualizar ventana

Actualizar vista

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29| P g i n a

Men Define: Definir.

El men Define(ver figura 2.19), es tal vez el men ms importante y utilizado en SAP-2000; en l

se permite especificar propiedades mecnicas de los materiales, caractersticas geomtricas como

forma, dimensiones, material, etc. para los elementos del modelo (Frame: Vigas/Columnas) y

algunas caractersticas para los elementos placa (Shell), entre muchas otras secciones estructurales.

Adems aqu se pueden agrupar secciones idnticas o similares ya sea por ejes o por muchas otras

caractersticas. Por otra parte, se permiten definir las caractersticas generales de las condiciones

de carga esttica y dinmica y que cargas utilizar en el anlisis, si el peso propio de los elementos o

nicamente el peso proveniente de las cargas gravitacionales. El men Define se muestra

enseguida:

Figura 2.19. Men Define

Materiales

Fuente u Ori en de las Masas

Establecer Cuadrcula (Grid)

Restricciones de nodos

Propiedades de las secciones

Patrones de nodos

Gru os

Parmetros ara los Gru os

Des lazamientos eneralizados

Funciones Dinmicas (Es ectros, acelero ramas,etc)

Patrones de Car a

Casos de Car a

Combinaciones de Car a

Cargas en Puentes

Vistas en 2D 3D

Confi urar factores en Marcos Elementos

Configurar parmetros de Anlisis Pushover

Nombres de Tablas de datos y resultados

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Men Draw: Dibujar.

Algunas de las opciones del men Draw(ver figura 2.20) permiten dibujar esquemticamente a los

elementos barra, placa, etc. con los que se ir construyendo el modelo estructural por analizar,

algunas opciones de uso frecuente son:

Figura 2.20. Men Draw

Modo de Seleccin

Dibu ar Nodo

Dibujar Viga-Columna/Cable/Tensores

Redibu ar o editar elementos

Dibujar rpido contravientosDibujar rpido vigas secundariasDibu ar un rea mediante una oli onal

Dibu ar rea rectan ular

Dibujar rpido un rea

Dibujar rpido elementos: Viga-Columna/Cable/Tensores

Dibujar un slido

Dibu ar disi ador aislador en un nodo

Dibu ar disi ador aislador entre dos nodos

Dibu ar r ido disi ador aislador

Eti uetas nuevas a nodos elementos

Punteros de recisin

Dibu ar un unto de referencia

Dibu ar una lnea de referencia

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Men Select: Seleccionar.

El men Select, permite seleccionar nodos y elementos ya existentes en el modelo estructural, as

mismo se pueden seleccionar grupos de elementos, coordenadas. Lo anterior es bsico para poder

asignar propiedades fsicas y mecnicas a los mismos, como se mostrar en men que procede al

actual. Las opciones del men Selectson las que se muestran en la figura 2.21:

Figura 2.21. Men Select

Invertir seleccin

Seleccionar mediante tablas

Seleccionar: Nodos, Elementos, A o os, Coordenadas, Gru os, etc

Deseleccionar: Nodos, Elementos, A o os, Coordenadas, Gru os, etc

Re resar a la seleccin revia

Lim iar seleccin com letamente

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32| P g i n a

Men Assign: Asignar.

Despus de pasar por el men Select, es posible asignar apoyos, restricciones, secciones, cargas,

tanto a nodos como a elementos estructurales como vigas/columnas, cables, reas, slidos,

disipadores/aisladores. El presente men nos muestra la siguientes opciones activadas una vez que

estn seleccionados los debidos elementos a modificar (figura 2.22).

Figura 2.22. Men Assign

Asignaciones a Nodos

Asi naciones a elementos de Marcos:Vi as Columnas

Car as a elementos de Marcos:Vi as Columnas

Asi naciones a Cables

Asi naciones a Tensores

Asi naciones a reas

Asi naciones a Slidos

Asi naciones a Disi adores Aisladores

Cargas a Nodos

Car as a Cables

Car as a Tensores

Car as a reas

Cargas a Slidos

Car as a Disi adores Aisladores

Asi nar atrones de factores a Nodos

Asignar a Grupos

Actualizar ro iedades de Articulaciones

Lim iar visualizacin de asi naciones

Co iar Asi naciones

Pe ar Asi naciones

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Men Analyze: Analizar.

El men Analyze(Figura 2.23), permite definir las opciones del Anlisis Estructural. Empezando

por definir los grados de libertar globales del modelo, los casos de carga a considerar, la ejecucin

final del anlisis y como opcin adicional es la ejecucin automtica del anlisis despus de

efectuar una modificacin del modelo. Las opciones recin enumeradas se muestran a

continuacin. Al efectuar el anlisis el programa automticamente guardar el archivo del modelo

en caso de que no se encuentre respaldado y pedir el nombre del mismo para asignrselo.

Figura 2.23. Men Analyze

Establecer o ciones de Anlisis

Crear un modelo de Anlisis

Establecer Casos de Carga para ejecutar

E ecutar Anlisis

E ecucin automtica de Anlisis al modificar el modelo

Modificar la Geometra No-deformada

Mostrar detalles del ltimo anlisis

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Men Display: Mostrar.

El men Display (Figura 2.24), permite solicitarle al programa SAP-2000 que muestre todos los

elementos y nodos declarados en el modelo, as mismo sus asignaciones de cargas y tipos de

secciones y adems los resultados del anlisis, en la cual muestra la deformacin global de la

estructura ante diversos estados y/o combinaciones de carga y los elementos mecnicos y

desplazamientos de cada elemento y nodo respectivamente. Todo lo anterior de manera visual, sin

embargo permite mostrar los datos anteriores en tablas que pueden ser exportadas a Microsoft

Excel. Las opciones del men Displayson las siguientes:

Figura 2.24. Men Display

Mostrar Estructura No-Deformada

Mostrar Car as Asi nadas

Mostrar asi naciones a elementos nodos

Mostrar Estructura Deformada

Mostrar Dia ramas de Elementos Mecnicos deformaciones

Mostrar Dia ramas de Elementos Mecnicos en Puentes

Mostrar Diagramas de Trabajo Virtual

Mostrar Lneas de Influencia

Mostrar Espectro de Respuesta

Graficar Funciones Dinmicas

Mostrar Curva de Anlisis Esttico Pushover

Mostrar resultados en Articulaciones

Mostrar Tablas

Guardar la Vista Actual

Mostrar Vistas guardadas

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Men Design: Disear.

El men Designpermite seleccionar y definir los parmetros de diseo para el material en que fue

modelada la estructura que analizamos, y puede ser Acero, Acero forjado en frio, Concreto y

Aluminio, todos ellos con diversos Cdigos Internacionales actualizados, as mismo es posible

efectuar el diseo de Puentes de concreto y acero. El men Designarroja las siguientes opciones

en su ventana (figura 2.25).

Figura 2.25. Men Design

Diseo de Elementos en Acero

Diseo de Elementos en Concreto

Diseo de Elementos en Aluminio

Diseo de Elementos de Acero Forjados en Frio

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Men Options: Opciones.

El men Options(figura 2.26), puede ser utilizado por el usuario aunque en mucha menor medida

a los anteriores, aqu es posible definir las dimensiones de las vistas grficas en la ventana principal

de SAP-2000, los colores de fondo, de elementos, nodos, apoyos, automatizar el sistema de

unidades a emplear, hasta lograr que el modelo pueda visualizarse en una manera tridimensional

renderizada con proyecciones ms atractivas principalmente para ser incluidas en una memoria de

clculo estructural. Por ltimo, se pueden definir el nmero de vistas o ventanas secundarias dentro

de la ventana principal del programa, desde una hasta cuatro, lo cual depende del usuario. El

men Optionsmuestra lo siguiente:

Figura 2.26. Men Options

Dimensiones en Vistas Grficas

Colores en Vistas Resultados

Establecer Sistema de Unidades automtico

Salidas de Resultados en formatos de Word, etc

Modo de Grficas

Nmero de ventanas en antalla rinci al

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Men Help: Ayuda.

Por ltimo y no menos importante es el men Help, bastante amplio, con la desventaja para el

usuario de este pas que toda la ayuda es en idioma Ingls, el cual no siempre es fcil de

comprender en SAP-2000 al manejar un lenguaje totalmente tcnico. La ayuda se despliega a

manera de un ndice con opciones de bsqueda, as mismo tiene links directos a los manuales

oficiales que se ubican en la carpeta raz donde fue instalado SAP-2000, es decir, en

C:/ArchivosdePrograma/ComputersandStructures/SAP2000/Manuals. Adems incluye el link

directo a la pgina web de Computers and Structures, desarrollador de SAP2000 donde se

muestran videos tutoriales para el modelado y anlisis de ciertos elementos avanzados, (ver figura

2.27).

Figura 2.27. Men Help

ndice de la Ayuda

Documentos Manuales Oficiales de SAP-2000

Enlace a la pgina web de SAP-2000

Actualizaciones en la versin 15 de SAP-2000

Acerca de SAP-2000

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2.4 CAPACIDADES ADICIONALES DEL PROGRAMA SAP-2000

Dejando a un lado la gran amplitud de los mens y herramientas de las que est compuesto SAP-

2000, hay que dar nfasis a las capacidades adicionales que sern de gran ayuda para el usuario,

entre las que menciona el autor en el presente manual est la interaccin sencilla y rpida con otros

programas de cmputo muy utilizados en el arte del anlisis y diseo estructural, dicha interaccin

se describe en los subcaptulos siguientes.

2.4.1 Importacin del modelo haciendo interfaz con otros programas de cmputo

2.4.1.1 Relacin con AutoCAD

La geometra de la estructura puede ser generada por AutoCAD, donde es recomendable manejar

todo el dibujo mediante un solo layer. El dibujo de AutoCAD ser guardado con la extensin (.dxf),

en vez de la tradicional (.dwg), como se muestra en la siguiente imagen (figura 2.28):

Figura 2.28. Dibujo de Marco Contraventeado en AutoCAD

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En SAP-2000, para interactuar con AutoCAD es necesario trasladarse al Men File, y ubicar la

opcin Importcomo lo muestra la figura 2.29, donde se selecciona AutoCAD .dxf File.

Figura 2.29. Men para importar archivos de AutoCAD

Posteriormente se genera la ventana donde se carga el archivo del equipo de cmputo, en este

caso con extensin (.dxf), a lo que enseguida el programa arroja la siguiente ventana (figura 2.30),

la cual indica el Eje principal y las unidades del modelo que se importa a SAP-2000.

Figura 2.30. Direccin de ejes y unidades en el proceso de importacin de AutoCAD

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A continuacin de la ventana anterior aparece la siguiente (ver figura 2.31), en la cual es necesario

indicar el layerpara cada nodo y elemento estructural del modelo, es decir, del layer automtico

que aparece en la ventana el cual es NONE, hay que seleccionar NODESpara el caso de Nodos,

FRAMESpara el caso de Elementos Viga/Columna y as sucesivamente en el caso de reas, slidos

y finalizar dando click en OK, con lo cual se termina por importar la geometra de AutoCAD al SAP-

2000 (ver figura 2.32). De no seleccionar los layers correspondientes no se importara ninguna

geometra al programa.

Figura 2.30. Definicin de layers para importar el modelo de AutoCAD

Figura 2.32. Modelo importado de AutoCAD a SAP2000

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Finalizada la importacin se procede a completar el modelo, es decir, editar las propiedades

mecnicas de los materiales, de los elementos estructurales, las cargas, el tipo de anlisis, utilizando

las herramientas de edicin arriba descritas, del programa SAP-2000.

Pero no solo puede importarse de AutoCAD a SAP-2000, sino viceversa, ya que es posible exportar

la geometra de cualquier modelo realizado en SAP-2000 a AutoCAD con la opcin Export del

mismo men File, la exportacin se efecta a una extensin (.dxf), lo cual se muestra en la figura

2.33.

Figura 2.33. Men para exportar archivos de SAP2000 a AutoCAD

2.4.1.2 Relacin con STAAD.Pro

De manera muy similar al caso del AutoCAD ocurre la interaccin con el programa STAAD.Pro. El

STAAD.Pro es la gran competencia del SAP-2000 en el rea de anlisis y diseo de estructuras por

computadora, y el SAP-2000 permite la interaccin entre ambos mediante la importacin de

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modelos de STAAD.Pro a SAP-2000, lo cual es una gran ventaja cuando sea necesario cambiar de

programa de cmputo, porque cierto proyecto estructural exige memorias de clculo especificas de

un programa; o bien para efectuar una comparacin de resultados entre ambos paquetes.

La interfaz visual del programa STAAD.Pro, en la cual se encuentran modelados unos Marcos 3D, es

la siguiente (figura 2.34):

Figura 2.34. Interfaz grfica y modelo en STAAD.Pro

Para importar este modelo a SAP-2000, se sigue el procedimiento descrito para los modelos desde

AutoCAD. En men File, despus Import, se va a la pestaa que dice STAAD/GTSTRUDL .std/.gti

File, como se muestra en la siguiente figura 2.35 :

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Figura 2.35. Men para importar modelos de STAAD.Pro a SAP2000

A lo cual nos aparece la siguiente ventana STRUDL Input File (figura 2.36a), que nos muestra el

convertidor de archivos de STAAD.Pro y se procede a dar clic izquierdo en Read File para

seleccionar el modelo de STAAD.Pro que queremos importar a SAP-2000 y finalmente se da clic en

OK. A continuacin el programa nos arroja la ventana Staad Input File, muy similar a la anterior,

solo que en esta lee el archivo de entrada del modelo de STAAD.Pro y se da clic izquierdo en

Convert Data (Figura 2.36b).

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a) b)

Figura 2.36. Convertidor de modelos estructurales de STAAD.Pro a SAP2000

Despus aparece la ventana Select Section Property File, la cual da la opcin de seleccionar alguna

base de datos de perfiles o secciones transversales, o usar unas secciones automticas (figura

2.36c). Por ltimo para terminar la conversacin entre los programas de cmputo, aparece la

ventana donde se muestran el total de nodos, apoyos, resortes, lneas, casos de carga, cargas

puntuales, cargas en elementos, grados de libertad y finalmente enuncia: Data Converted OK. (ver

figura 2.36d).

c) d)

Figura 2.36. Convertidor de modelos estructurales de STAAD.Pro a SAP2000

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La importacin del archivo de STAAD.Pro a SAP-2000 est completada como se muestra en la

figura 2.37.

Figura 2.37. Geometra de STAAD.Pro importada a SAP2000

2.4.1.3 Archivo de entrada y su interfaz con editores de texto

El autor de este manual recomienda al usuario siempre la creacin del archivo de entrada del

modelo estructural realizado en SAP-2000. Entre las razones ms comunes para hacer lo anterior

estn que no siempre podemos trabajar en nuestro equipo de cmputo con la versin y licencia

con la que fue efectuado el modelo estructural, y en algunos casos sta es una desventaja porque

existe la limitante para convertir un modelo de una versin actual a una antigua, adems la ms

importante, en algunos casos es ms fcil corregir alguna dimensin de vigas, columnas, reas,

propiedades mecnicas en un archivo de texto seleccionando varias lneas de texto, que hacerlo

uno por uno de manera visual dentro de SAP-2000.

Antes de mostrar cmo realizar lo anterior, empecemos creando el archivo de entrada de SAP-

2000. Para ello, como en las anteriores ocasiones, hay que ubicarnos en el Men File,

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posteriormente en Exporty finalizar con un clic izquierdo sobre la pestaa SAP2000 .s2k Text File,


Figura 2.38. Geometra de STAAD.Pro importada a SAP2000

Para lo cual se le asigna un nombre al archivo a crear con extensin (.s2k) y nos aparece la

siguiente ventana (figura 2.39), en la cual darn clic en la pestaa junto a Model Definitionpara con

ello seleccionar todos los datos a guardar en el archivo, o bien, escoger lo que realmente sea

necesario, pero es recomendable guardarlo completo, y para lograrlo se finaliza dando click

izquierdo en OK.

Figura 2.39. Eleccin de datos a guardar en archivo de entrada

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El archivo resultante de extensin (.s2k) puede ser abierto con Block de Notas, Microsoft Office

Word, WordPad, UltraEdit (recomendable), como se muestra a continuacin (figura 2.40):

Figura 2.40. Archivo de entrada (.s2k) visualizado en UltraEdit

Como vern en la figura 2.40, se encuentra seleccionada en color azul la versin del programa

SAP-2000, (15.0.0), de manera que ah es donde se har la modificacin de la versin del programa

si fuera necesario tener que abrir un modelo realizado en una versin superior del programa a la

instalada en el equipo de cmputo. Tan solo es necesario modificar el 15 por el nmero que

tengan de versin en su equipo y darle guardar y el archivo ser ledo sin contratiempos. Cuando

trabajan en una versin superior a la utilizada en el modelo, el programa SAP-2000 har una

conversin automtica.

Bien, el otro punto mencionado anteriormente, acerca de modificar propiedades de secciones,

cargas y otros valores de la geometra y del modelo en general con el archivo de texto (.s2k) para

no tener que hacerlo de manera visual en SAP-2000, se muestra con el siguiente ejemplo de un

puente atirantado, compuesto de decenas de cables (ver figura 2.41). Como tendrn de

experiencia, el proyecto estructural siempre corre el riesgo de ser modificado, por lo que modificar

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el rea o longitud de estos cables sera un trabajo lento y que requiere mucho tiempo, sin embargo

con el archivo (.s2k) se puede hacer lo siguiente.

Figura 2.41. Modelo 3D de Puente Atirantado en SAP2000

La ventaja del editor de texto (UltraEdit) es poder seleccionar columnas (ver figura 2.42), y si

tenemos el listado de longitudes de cada cable en Microsoft Excel por ejemplo, solo se pega sobre

la seleccin y se guarda y automticamente al importar el modelo a SAP-2000, se tendrn lasnuevas longitudes para los elementos Cable.

Figura 2.42. Modificacin de longitudes de cables del modelo de la figura 2.41

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2.4.1.4 Interaccin con Microsoft Excel

Existen tres procedimientos bsicos para interactuar con Microsoft Excel. La primera y ms sencilla

es para transportar la geometra a Excel, lo cual se logra seleccionando el modelo, dar clic en Edit-

Copy u oprimir Ctrl+C y pegarlo en una hoja de Excel. La segunda es para mostrar todo lo

relacionado con el modelo: geometra, nodos, conectividades de columnas, vigas, cargas,

combinaciones de cargas, parmetros de anlisis y diseo. Para esto, basta con ir al Men Filey

dar clic izquierdo en Exporty finalizar con un clic en SAP200 MS Spreadsheat .xls File, a lo cual

aparece una ventana idntica a la de la figura 2.39, donde se selecciona los datos en entrada, as

como los resultados del anlisis en caso de que ya fuera realizado, y muestra una salida a Excel

como se muestra a continuacin (ver figura 2.43).

Figura 2.43. Datos de modelo de SAP2000 exportados a Microsoft Excel

En la ventana se muestra las conectividades del elemento Frame(Vigas/Columnas) y as mismo en

las ventanas inferiores de las hojas de trabajo de Excel se muestran otras propiedades, como las

cargas asignadas, los elementos mecnicos, etc. Por ltimo, la tercera opcin para interactuar con

Excel es mediante el Men Display-Show Tables, donde uno elegir que datos o resultados

nicamente desean ser mostrados en tablas y a su vez ser exportadas a Excel (ver figura 2.44).

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Figura 2.44. Tablas de datos de modelo y su exportacin a Microsoft Excel

En la tabla de la figura 2.44, se muestran los elementos mecnicos de un modelo estructural, y

como es exportado a Excel. Esta es una manera ms breve para exportar nicamente lo que se

necesita, por ejemplo, los elementos mecnicos necesarios para realizar un diseo estructural de

manera manual o en hojas de clculo creadas por el mismo usuario.

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MODELADO Y ANLISIS ESTRUCTURAL

3.1 GENERACIN DE LA GEOMETRA GLOBAL DADA UNA ESTRUCTURACIN PREVIA

Una vez que se ha proyectado la estructura, es decir, seleccionar la forma, disposicin geomtrica,rea de la misma, as como, seleccionar la forma de la seccin transversal de las barras, definidas

las caractersticas fsicas y mecnicas de los materiales estructurales, especificados los sistemas de

fuerzas (definidas cada una de las fuerzas que componen a cada sistema o condicin de carga y

combinaciones) bajo las cuales se analizar el modelo estructural, seleccionado el tipo de anlisis

as como saber que se requiere de resultados, entonces se est en condiciones de introducir los

datos antes mencionados utilizando la interfaz grfica que ofrece el programa (descrita en el

captulo anterior) con la cual es posible:

Manejar (Definir, mover, copiar, borrar) elementos estructurales.

Definir Tipos de apoyo (fijo o con grados de libertad).

Definir y asignar propiedades geomtricas a los elementos barra de acuerdo a una tabla de

perfiles estndar o usar secciones prismticas (circular, rectangular, Te, etc.), tambin es

posible la utilizacin de secciones no prismticas o de seccin variable.

Definir y asignar propiedades a uno o varios elementos o grupo de elementos, las propiedades

pueden ser densidad, mdulo elstico, relacin de Poisson, coeficiente de dilatacin trmica,

etc. As como definir la posicin de la seccin dentro de la estructura (posicin de ejes locales

con respecto a los globales). Algunas de las propiedades se tienen predefinidas para ciertos

materiales (acero y concreto) o se pueden introducir valores particulares.

Seleccionar barras para liberarlos de algunos elementos mecnicos en sus extremos, tambin

se pueden definir diafragmas rgidos.

CAPTULOIII

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Introducir fuerzas estticas aplicadas a los nudos, desplazamientos prescritos en ellos, en el

caso de barras se puede incluir el peso propio, fuerzas uniformes, concentradas, con variacin

lineal, de presfuerzo y debidas a incrementos de temperatura, a ajustes en la longitud inicial de

los elementos y algunas otras.

Definir una variedad de fuerzas dinmicas (fuerza-tiempo o aceleracin-tiempo) pueden

incluirse como sistemas de fuerzas, definiendo el lapso de tiempo de actuacin de la fuerza.

En resumen, en SAP-2000 la generacin de la estructura se entiende como la ubicacin con

respecto a un Sistema de Coordenadas Globales de los elementos barra y si asi fuera necesario de

elementos placa, rea, slidos, etc.

A continuacin se presenta una breve descripcin de las opciones de uso comn as como de los

comandos que nos permitirn la generacin de la estructura en el orden mencionado al inicio de

este captulo, varios de los mens y comandos fueron descritos en el captulo anterior.

La forma de iniciar el programa SAP-2000 ha sido descrita en el captulo anterior (inciso 2.2).

Enseguida de abrir el programa, y antes de manipular los mens, se recomienda elegir las unidadesde medidas en las cuales se introducirn los datos del modelo. Para esto se da clic izquierdo en la

pestaa ubicada en la parte inferior derecha de la ventana principal de SAP-2000 como se muestra

en la figura 3.1, y en la cual se elige el sistema de unidades deseado.

Figura 3.1. Edicin de unidades

3.1.1 Tipo de Estructura

Como se coment en el captulo 2, SAP-2000 ofrece distintas condiciones para iniciar un nuevo

modelo y con ello definir la tipologa estructural. Siguiendo el orden de la figura 2.4, y

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seleccionando la opcin Initialize Model from Default with Units, se selecciona la plantilla Grid Only

(Slo Cuadrcula), la cual nos arrojar la siguiente ventana explicada en la figura 2.6, a la cual hay

que asignarle el nmero de Grid Lineso Ejes en cada direccin y las distancias de cada cruja y la

altura de entrepiso, como se muestra en la figura 3.2.

Figura 3.2. Edicin de nmeros de ejes en cada direccin X-Y-Z.

De acuerdo a los datos anteriores, estamos modelando un Marco Espacial que representa a un

Edificio, de 6 niveles con entrepisos de 3.0 metros, teniendo una altura total de 18 metros; en

planta una longitud de 40 metros con 4 crujas de 10 metros cada una (Eje X) y un ancho de 33

metros con 3 crujas de 11 metros (Eje Y). Notarn que el nmero de Grid Linespara X y Y no

coinciden con el nmero de crujas, lo cual es correcto ya que los ejes siempre sern el nmero de

crujas ms uno.

Al dar clic izquierdo en OK, SAP-2000 despliega lo siguiente en su ventana principal (figura 3.3):

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Figura 3.3. Ejes Grids definidos

La ventana principal se encuentra dividida en 2 cuadros mostrando en ellos una vista diferente, (3D

en el extremo izquierdo y 2D en el extremo derecho), sin embargo, pueden visualizarse hasta 4

ventanas y en cada una de ellas mostrarse una vista distinta e incluso la misma. En la ventana

tenemos los ejes de la cuadrcula, los nombres de cada eje, y los Ejes Coordenados Globales.

Los ejes se muestran en un tono gris siempre, estos cambiarn al incorporar sobre ellos elementos

barra por ejemplo, como lo haremos ms adelante.

En este caso a modelar, se tiene la ventaja de que todas las crujas son de la misma longitud y por

lo tanto la opcin Quick Grid Lines(figura 3.2), funcion de maravilla.

Sin embargo, qu pasa cuando las crujas o los entrepisos tienen distinta longitud, o se desea

renombrar los nombres de los ejes en cada direccin; para esto se da clic derecho sobre la ventana

donde se proyecta el modelo y se da clic izquierdo en Edit Grid Data y posteriormente en

Modify/Show Systemy OK (como se muestra en las figuras 2.15 y 2.16).

En este caso se modifican los nombres de los ejes de la cuadrcula tanto para X, Y como para Z


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Figura 3.4. Modificacin de Grids

Otra manera para que se muestre el cuadro de la figura 3.4 es seleccionando Edit Griddel men

Draw.

Es recomendable guardar con cierta frecuencia los avances del modelo, para lo cual es necesario

trasladarse al Men Filey dar clic en Save Save as, y el programa pedir un nombre de archivo al

cual le asignar la extensin (.sdb).

3.1.2 Definir Elementos Estructurales

Una vez definida la geometra se est en condiciones de introducir los elementos que componen a

la estructura.

El orden al inicio del presente captulo seala como primer punto en la generacin de la estructura

son los tipos de apoyos, sin embargo, por el momento slo contamos con la cuadrcula de ejes, por

lo que se tendrn que definir las vigas y columnas del edificio que se modela.

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Para dibujar los elementos barra hay 2 maneras, la primera es dirigirse al Men Draw y seleccionar

ya sea Draw Frame/Cable/Tendon QuickDraw Frame/Cable/Tendon (figura 3.5).

Figura 3.5. Men Draw para dibujar elementos Barra-Cable-Tensor

El autor del presente Manual recomienda la opcin Quick Draw Frame/Cable/Tendon, ya que

nicamente se deber dar clic izquierdo sobre la seccin de eje por la que se establece la barra a

modelar, la otra opcin necesita definir el nodo inicial y el nodo final de la barra, ya que no toma

en cuenta la interseccin de los ejes en sentido transversal como la opcin Quick

Pero para poder asignar secciones, primero hay que ubicarse en la ventana del extremo derecho en

SAP-2000 y definir una vista plana (xz yz) (figura 3.6), ya que la asignacin de barras en la

ventana izquierda con los ejes en direccin X y Y se dificulta por el exceso de lneas.

Figura 3.7. Seleccin de vista plana en SAP2000

Si se da clic en las flechas azules con direccin superior e inferior que aparecen en la figura 3.7, se

podr desplazar por el modelo 3D del lado izquierdo y del lado derecho visualizar el

correspondiente eje plano con vista de ejes XZ, ver figura 3.8.

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Figura 3.8. Visualizacin de eje en el plano X-Z (derecha) de acuerdo al modelo 3D (izquierda)

Retomando la asignacin, usando el comando QuickDraw Frame/Cable/Tendon ubicado en Men

Draw, , en la barra de conos de la izquierda de SAP-2000, como se aprecia en la figura 3.9.

Figura 3.9. cono para dibujar elementos barra-cable-tensor

Haciendo clic izquierdo sobre los ejes se van generando las barras que componen el modelo (figura

3.10).

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Figura 3.10. Dibujo creacin de elementos barra

Es cansado generar barra por barra, as que puede ser utilizado un comando del men Edit:

Replicate, con el cual nicamente se tienen que definir las barras de un eje y se repetirn en el

resto de los ejes, para esto se debe definir los incrementos en distancia en una direccin, en este

caso la Y.

Se seleccionaron todos los elementos generados en el Eje X, se da clic en Edit Replicate y se

define el incremento de -11(ancho de cruja), el valor es negativo por qu se generaran las barras

en el Eje Y pero en sentido contrario, como en la figura 3.11, (revisar ejes globales en el vrtice de

la estructura).

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Figura 3.11. Replicacin de elementos barra entre los ejes

El procedimiento anterior se repite hasta generar todas las columnas, as mismo aplica para las

vigas, sin embargo, estas deben definirse en las dos direcciones, en X y en Y, y el modelo debe

terminar de la siguiente manera (ver figura 3.12):

Figura 3.12. Modelo con barras totales generadas (vigas y columnas)

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3.1.3 Definir Apoyos

Para especificar los tipos de apoyo o condiciones de frontera de la elstica de la estructura primero

se seleccionan aquellos nodos que tengan las mismas restricciones de desplazamiento, esto se hace

con algunas de las opciones aplicables del men Select y despus seleccionar Restraints de la

opcinJointdel men Assign(Figura 2.22), desplegndose la ventana que se muestra en la figura

3.13.

Figura 3.13. Nodos seleccionados y men para asignacin de apoyos

Al dar clic en Restraints se abre la siguiente ventana (figura 3.14), en la cual se indica el tipo de

restriccin que tendrn los nodos seleccionados, en el presente modelo se hizo clic en los seis

recuadros, que significa que se restringen los seis grados de libertad de cada nodo: tres para

traslacin y tres para rotacin, por tratarse de empotramientos en la base de las columnas de

planta baja.

Figura 3.14. Tipos de Apoyos

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Al dar clic en OK se generan los apoyos o restricciones en los nodos seleccionados como se

muestra a continuacin (figura 3.15):

Figura 3.15. Modelo con barras y apoyos empotrados en la base

Antes de continuar con el siguiente punto, se repetir la generacin de la geometra, elementos y

apoyos de la otra manera que permite SAP-2000, para ello habr que regresar al Men File New

Model, y en la ventana que surge seleccionar Initialize Model from Default with Unitsy por ltimo

la plantilla 3D Frames(Marcos Espaciales o 3D). Al dar click en sta, aparece la siguiente ventana

(ver figura 3.16), en la cual se declarar la misma geometra y se incluirn los apoyos empotrados

como se muestra enseguida:

Figura 3.16. Opciones para creacin de geometra a base de Marcos Espaciales o 3D

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Para finalizar se da clic en OK y se obtiene el mismo modelo de la figura 3.15, con sus elementos

vigas y columnas y sus apoyos (ver figura 3.17).

Figura 3.17. Geometra, elementos y apoyos idnticos al modelo de la figura 3.15

3.1.4 Definir Diafragmas Rgidos

El sistema de piso de una edificacin debe ser capaz de transmitir las fuerzas ssmicas actuantes en

el piso a los elementos o sistemas sismorresistentes, comnmente marcos o muros estructurales.

Cuando se logra este objetivo, se dice que existe la accin de diafragma o de diafragma

rgido. La hiptesis de diafragma rgido es esencial en el anlisis y diseo ssmico de edificios, y su

empleo permite simplificar de manera considerable el proceso del anlisis y de diseo ssmico deedificaciones.

Debe preferirse edificaciones con diafragma rgido y continuo, es decir, edificaciones en los que las

losas de piso, el techo y la cimentacin, acten como elementos que integran a los muros

estructurales y compatibilicen sus desplazamientos laterales.

Para rigidizar los planos horizontales existen varias opciones. La ms sencilla para el usuario de

SAP-2000 es definir una losa (que como se sabe es bastante rgida en su plano) y modelarla su

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comportamiento como diafragma rgido, para esto hay que seleccionar todos los elementos que

definen el diafragma o cada nivel de entrepiso y dirigirse al men Assign Joint y dar click en

Constraints, a lo cual aparece la siguiente ventana (figura 3.18):

Figura 3.18. Seleccin de elementos y asignacin de Diafragma Rgido

a) b)

Figura 3.19. Ventanas para asignacin de Diafragma Rgido

En la figura 3.19a, en la pestaa Choose Constraint Type to Add, se selecciona la opcin

Diaphragmposteriormente se da clic en Add New Constrainty se define sobre que eje trabajar el

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diafragma y definido esto, se podr visualizar a la izquierda de la ventana en la figura 3.19b, y se

finaliza con clic en OK.

El proceso anterior se repite para el nmero total de niveles del modelo.

3.1.5. Definicin de los materiales

En el men Define - Materials se podrn especificar las propiedades de los materiales del cual

estarn formados los elementos estructurales, en este men se pueden especificar materiales tales

como concreto, acero, acero forjado en frio, aluminio, madera, etc. Al dar clic en Materials se

muestra la ventana de la figura 3.20.

Figura 3.20. Men para definir Material a emplear en el modelo de SAP2000

La ventana Define Materials nos da la opcin de agregar automticamente un nuevo material de

acuerdo a especificaciones de Normas Internacionales, adems permite agregar manualmente un

nuevo material, al dar clic en Add New Material se puede apreciar la siguiente ventana (figura

3.21):

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Figura 3.21. Opciones para creacin de un nuevo material y sus propiedades mecnicas

En la ventana Material Property Data, se puede asignar un nombre al material, escoger si ser

acero, concreto, aluminio, etc; las unidades en que sern incorporadas sus propiedades mecnicas

e isotrpicas. Como son su peso por unidad de volumen, el mdulo de elasticidad, radio de

Poisson, coeficiente de expansin trmica y el mdulo de cortante, as mismo, el esfuerzo de

fluencia mnimo, el esfuerzo mnimo a la falla, y los esfuerzos efectivos a fluencia y a la falla.

A su vez en la ventana de la figura 3.20, se puede seleccionar un material de la izquierda y

modificarse, a lo cual aparecer la misma ventana de Material Property Data, y existe la opcin de

copiar Materiales definidos, si existiera necesidad de solo modificar el Fy el fc del acero y

concreto respectivamente sin necesidad de volver a declarar la totalidad de sus parmetros.

De acuerdo a la figura 3.21, se emplear como material al Acero con un esfuerzo de fluencia Fy =

3515 kg/cm2(corresponde al Acero A50).

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3.1.6. Definicin de las propiedades geomtricas de los Elementos

En el men Define, consecutivamente a la opcin Materials, est la pestaa Section Properties, (ver

figura 3.22). y al desplazarse en ella, se accede a la opcin: Frame Sections donde se da clic

izquierdo.

Figura 3.22. Men Definir Propiedades de Seccin

Al dar clic en Frame Sections aparece la ventana de Frame Properties (figura 3.23), en la cual

tenemos las opciones de importar secciones transversales de alguna base de datos como podra ser

por ejemplo las del Manual de AISC (American Institute of Steel Construction), o bien, pueden ser

creadas por el usuario, para incorporar por ejemplo perfiles del Manual IMCA (Instituto Mexicano

de la Construccin en Acero), lo anterior para el caso de utilizar perfiles en acero, sin embargo esprimordial esta opcin para crear secciones transversales de Concreto Reforzado.

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Figura 3.23. Ventana de secciones transversales y opciones

Por ejemplo, para agregar una seccin de Concreto Reforzado, se da clic izquierdo en Add New

Propertyy aparece la ventana Add Frame Section Property(figura 3.24).

Figura 3.24. Ventana para seleccin de tipo de material y tipo de seccin transversal

En la pestaa superior derecha se selecciona el tipo de material de la seccin, en ste caso

Concreto y aparecen los tipos de secciones a crear para dicho material. Se da clic en Rectangular,

la cual sera la opcin para crear secciones de Vigas y Columnas, con lo anterior se presenta la

siguiente ventana (figura 3.25):

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Figura 3.25. Definicin de propiedades de seccin transversal de Concreto

En la ventana Rectangular Section se puede asignar un nombre a la seccin a crear, el tipo de

material de la cual est compuesta, las dimensiones de ancho de base y altura total, y al declarar

stas, automticamente el programa calcula las propiedades de la seccin (rea de la seccin

gruesa, constante de torsin, momento de inercia sobre ejes 2 y 3, el rea de cortante en ambas

direcciones, los mdulos de seccin, los mdulos plsticos y los radios de giro) como se muestra en

la figura 3.26.

Figura 3.26. Propiedades fsicas y mecnicas de la seccin definida previamente

Al final de la ventana Rectangular Section (figura 3.25) se tiene la opcin Concrete Reinforcement,

la cual abre la ventana Reinforcement Data (figura 3.27), y permite configurar el material para el

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acero longitudinal y transversal, definir si se trata de una columna o viga para cuestiones de diseo,

los tamaos de las barras longitudinales y transversales y el recubrimiento de la seccin, entre otros

parmetros. Esta opcin es bsica si se pretende obtener el diseo estructural del modelo y no

nicamente su anlisis estructural.

Figura 3.27. Definicin de propiedades de acero longitudinal y transversal para diseo estructural

En el presente Manual, se importar un listado de secciones del AISC por lo qu en la figura 3.23,

se da clic izquierdo en Import New Property, y se selecciona el material Acero y se buscan perfiles

I/Wide Flange(IR en la nomenclatura del Manual IMCA), lo cual arroja la siguiente ventana (figura

3.28), en la cual habr que seleccionar el archivo deseado, en este caso el AISC.pro

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Figura 3.28. Seleccin de biblioteca de perfiles de acero

Posteriormente, SAP-2000 muestra la siguiente ventana (figura 3.29), en la cual se seleccionarn los

perfiles W en su totalidad y de los cuales se escogern los adecuados para la estructura que se est

modelando.

Figura 3.29. Seleccin de perfiles de acero de la biblioteca de AISC

La definicin de secciones transversales y sus propiedades se completa satisfactoriamente si en la

ventana de la figura 3.30, se ubican en el extremo izquierdo el listado de perfiles W seleccionados

(ver figura 3.29).

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Figura 3.30. Listado de secciones transversales definidas o disponibles para su asignacin a elementos barra en

SAP2000

Una vez definidas las distintas secciones de los diversos elementos estructurales habr que indicar

la seccin transversal que corresponda al o a los elementos estructurales (la forma de la estructura

ya se ha generado), primero se seleccionan los elementos que tiene una misma seccin transversal,

para ello se puede utilizar algn mtodo de seleccin de la opcin Selectdel men con el mismo

nombre o bien manualmente seleccionar las barras, enseguida seleccionar Frame Sections de la

opcin Frameen el men Assign, con lo que parece la ventana que se muestra en la figura 3.31.

Figura 3.31. Barras seleccionadas y la asignacin de su respectiva seccin transversal

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Posteriormente aparece la ventana de la figura 3.23, y se selecciona el nombre de la seccin

deseada, esto basado en un prediseo o bien a criterio por el usuario, y se da clic en OK, con lo

cual se asignaron a los elementos seleccionados las caractersticas especificadas en la seccin

transversal seleccionada. La operacin anterior se repetir tantas veces como sea necesario para

asignar secciones a todos los elementos que componen al modelo.

Al finalizar se debe visualizar la estructura de la siguiente manera (figura 3.32):

Figura 3.32. Modelo estructural con secciones transversales asignadas

3.1.7 Definicin y Asignacin de las Cargas Externas

Una de las tareas iniciales para el usuario es la de establecer las solicitaciones o acciones (cargas)

que afectan la estructura ocasionando en ella efectos significativos. El Reglamento de

Construcciones del Distrito Federal clasifica las acciones como Permanentes (Carga Muerta), las

cuales son constantes en la estructura y su intensidad es no variante con respecto al tiempo, como

el peso propio de los elementos. Las acciones Variables (Carga Viva), actan sobre la estructura

con una intensidad variable con respecto al tiempo, como las personas, mobiliario y equipo, y por

ltimo las acciones Accidentales (Sismo, Viento, Oleaje), las cuales no se deben al funcionamiento

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normal de la estructura pero si toman valores muy significativos durante breves periodos en la vida

til de la estructura.

Para introducir diversos tipos de fuerza esttica (acciones) al modelo, primero habr que definir

condiciones de carga esttica, para ello se selecciona la opcin Load Patternso bien, Load Cases

del men Define, la cual muestra la siguiente ventana, en la cual se declaran los patrones de carga,

teniendo automticamente declarada la Carga Muerta (DEAD), con un multiplicador de 1 siempre

en la casilla de Self Weight Multiplier, y se da clic en AddNew Load Pattern, y se repite lo mismo

para la Carga Viva (LIVE), salvo por llevar un factor de 0 en Self Weight Multiplier, y la ventana final

queda de la siguiente manera (figura 3.33).

Figura 3.33. Ventana para definicin de patrones de carga

Quedando definidos los casos de Carga Muerta y Carga Viva, y teniendo de antemano los

respectivos anlisis de cargas gravitacionales para losas de entrepiso y losa de azotea, en los cuales

la Carga Viva se tomar como Mxima e Instantnea para el tipo de estructura y uso, como lo

establece el Reglamento de Construcciones del Distrito Federal (2004), se cargan los elementos con

las cargas calculadas como uniformemente distribuidas.

Para esto se seleccionan los elementos a los cuales se les aplicar las cargas, en el presente caso

sern las vigas y en el men Assign Frame Loads, se da clic en Distributed, como se muestra en la

figura 3.34.

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Figura 3.34. Elementos Viga seleccionados y men para asignacin de cargas distribuidas

Al hacer clic izquierdo sobre la opcin Distributed, aparece la siguiente ventana: Frame Distributed

Loads (ver figura 3.35), en la cual se definir el tipo de carga (Muerta=Dead Viva=Live), las

unidades en las cuales ser declarada, el tipo (fuerzas o momentos), en que sistema de

coordenadas sern declaradas (recomendable Global), la direccin, la cual casi siempre es

gravitacional (Gravity), y puede declararse la carga de manera trapezoidal, sin

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