DISEÑO DE EDIFICACIONES CON ETABS-CAP II

WALTER CHILÓN VARGAS

DISEÑO DE EDIFICACIONES CON ETABS 18

CAPÍTULO II: CONCEPTOS PARA EL MANEJO DEL PROGRAMA

2.1. INTERFASE GRÁFICA

La figura muestra la ventana de trabajo principal del programa Etabs.

. La barra de Menú, contiene las herramientas y operaciones que puede realizar el programa

. La barra de Herramientas, contiene los iconos de acceso directo a las operaciones más comunes que puede realizar el programa.

2.2. PLANTILLAS DE MODELOS

Se accede desde el menú File en New Model, o desde la barra de herramientas . Desde donde se muestra la siguiente ventana:

Barra de herramientas principal Barra de Menú

Ventana Activa

Coordenadas Globales Unidades de trabajo

N° de ejes

Distancia entre ejes

N° de pisos

Altura del piso típico

Altura del 1° piso



2.3. SISTEMAS DE COORDENAS

SISTEMA GLOBAL DE COORDENADAS

El sistema de coordenadas globales se encuentra representado en el programa por X, Y, Z de 3 ejes rectangulares que satisfacen la regla de la mano derecha.

SISTEMA DE COORDENADAS LOCALES

Cada elemento del programa como nudos, líneas y áreas tiene su propio sistema local de coordenadas usados para definir sus propiedades, cargas y respuesta de cada elemento.

Los ejes locales se defines por los números 1, 2, 3, formando planos a 90° entre sí, los cuales se representan por los colores, Rojo = 1, Blanco = 2, Celeste = 3.

Orientación de los ejes locales en los elementos línea (Frame).

La orientación de los ejes locales en los elementos línea se realiza de la siguiente manera:

En columnas

1

2

3

. Por defecto los ejes 1 y 2 siguen la dirección +Z y +X, respectivamente.



En vigas

En elementos Inclinados

Para observar los ejes locales de los elementos línea (frame) por medio de View – Set Building

View Options… desde la barra de menú; o haciendo clic en el ícono que se encuentra en la barra de herramientas, en la ventana Set Building View Options marcar la casilla Line local Axes.

Orientación de los ejes locales en los elementos área.

Cada elemento área tiene su propio sistema de coordenadas que define propiedades de materiales, cargas y esfuerzos. La orientación se realiza de la siguiente manera:

. El eje 2 siempre sigue la dirección +Z, el eje 1 tiene una proyección positiva en la dirección +X, independientemente del sentido en que se dibuje la viga.

. Cuando la viga se dibuja en el eje Y o en otra dirección diferente al eje X, el eje 1 sigue el sentido de dibujo de la línea.

. Los ejes 1 y 2 son ascendentes y forman un plano vertical.



En muros

En losas

En rampas

. El eje 2 sigue la dirección +Z.

. Cuando se crea en una vista en planta el eje 1 sigue la dirección en que se dibujó el muro.

. El eje 2 sigue la dirección +Y.

. El eje 2 siempre es ascendente y forma con el eje 3 un plano vertical.



2.4. CREACIÓN DE MODELOS

Los elementos frame representan a vigas, columnas, etc.

Draw Lines:

Crea líneas en forma vertical, horizontal y diagonal.

Create Lines in Region:

Crea elementos línea sobre los ejes que se encuentren en una región creada de izquierda a derecha en planta.

Create Columns in Region:

Crea columnas en las intersecciones de los ejes que se encuentren en una región creada de izquierda a derecha.

Create Secondary Beams in Region:

Crea vigas de acuerdo a un espaciamiento dado o a un número máximo de elementos, en los paños internos haciendo clic en cada paño AB34, CD12, etc.

Create Braces in Region:

Crea los tirantes de contraventeo, X, V invertida, V, diagonal Izq. – der. y diagonal dere. Izq.



Los elementos Shell representan a Losas, muros y rampas.

Draw Areas:

Dibuja áreas en forma libre en planta y elev.

Draw Rectangular Areas:

Dibuja áreas rectangulares en planta y elev.

Create Areas at click:

Crea áreas con un clic en los paños formados por los ejes.

Draw Wall:

Dibuja muros en forma libre.

Create Wall in Region:

Crea muros en los ejes que se encuentren dentro de una región creada de izquierda a derecha, también crea muros haciendo clic directamente sobre el eje.

Draw wimdows:

Dibuja ventanas en los muros.

Draw Door:

Dibuja puertas en los muros.



Ejemplo 1: Modelar el edificio:

Planta del edificación

Modelo 3D del edificio



2.5. ASIGNACIÓN DE CARGAS

La asignación de cargas se realiza desde el menú ASSIGN, las cargas pueden ser aplicadas a puntos, a elementos línea y a elementos área, según se indica en las figuras siguientes:

Cargas en puntos Carga en Frame Carga en Shell/Areas

Ejemplo 1:

Se asignara una carga de 10tn a los extremos de una viga simplemente apoyada de luz 6m.

- Se marcan los extremos donde se aplicara la carga. - En el menú Assign/Joint/Force…



Ejemplo 2:

Aplicar una carga distribuida de 10tn-m a una viga simplemente apoyada de luz 6m.

- Se marcan la viga donde se aplicara la carga. - En el menú Assign/Frame/Distributed…



Ejemplo 3:

Aplicar una carga distribuida de 10tn-m a una viga simplemente apoyada de luz 6m.

- Se marcan la viga donde se aplicara la carga. - En el menú Assign/shell/Uniform...



2.6. INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

La visualización de resultados se realiza a través del menú DISPLAY.

Muestra la estructura en su estado no deformada. Muestra a las cargas que se han colocado a la estructura. Muestra la estructura en su estado deformado debido a una carga. Muestra los modos de vibración de la estructura. Muestra las reacciones y diagramas de fuerzas y esfuerzos .



LINEAS (FRAME)

Las fuerzas presentes en estos elementos son:

- Fuerza Axial (Axial Force).

- Fuerza cortante en el plano 1-2 (Shear 2-2). Se aplica una fuerza cortante de 15 Tn en la dirección del eje local 2.

Fig.1: Columna cargada 15Tn – presentación de la carga axial

1 3 2



El cortante en la dirección 2 (V2) es igual a 15 Tn.

- Fuerza cortante en el plano 1-3 (shear 3-3).

1 3 2

1 3 2

1

3 2



- Torsión.

1 3 2 1

3 2

1

3 2



- Momento flector en el plano 1-3 (M2-2; alrededor del eje 2).



- Momento flector en el plano 1-2 (M3-3; alrededor del eje 3).

AREA (SHELL)

Las fuerzas internas (fuerzas y momentos) que son el resultado de integrar los esfuerzos sobre el espesor del elemento son:

- Fuerzas directas a la membrana (F11, F22) - Fuerzas cortantes a la membrana (F12) - Momento de flexión a la placa (M11 y M22) - Momento de torsión a la placa (M12) - Fuerza de cortante transversal a la placa (V13 y V23)

1

3

2

1 3

2

1

3

2



Las fuerzas y momentos resultantes se miden por unidad de longitud en el plano.

Las tensiones son fuerzas por unidad de área que actúan dentro del volumen del elemento para resistir la carga. Estas tensiones son:

- Esfuerzos directos en el plano S11 y S22 - Esfuerzos de corte en el plano S12 - Esfuerzos de corte transversal S13 y S13

Para visualizar cargas axiales, momentos y cortantes en los elementos Shell estos se deben definir primero como un Pier.

- Se selecciona el elemento Shell a definir - Assign/Shell/Area/Pier label - Se le asigna un nombre en Wall Pier y se adjunta como nuevo nombre.



Ejemplo 1:

Se aplica dos fuerzas de 10 T cada una, en las esquinas superiores extremas del muro y perpendicular a su plano. (H = 5m, L =5m)

El momento producido por el par de cargas es de 20.788 T-m/m, mayor solo en 4% al calculado manualmente. El momento buscado es el M22 ya que sigue la dirección del eje local 2.

Ventana Activa

Div. No física del Mesh

Div. Física del Mesh



Teniendo en cuenta que: M = F*d, se tiene: M= 20 * 5 = 100 T-m/m.

En el programa nos muestra 20.788 T-m/m * 5 m = 103.94 T-m/m; 4% mayor.

Ejemplo 2:

Se tiene un edificio de albañilería de 4 pisos con un largo de 5m y un ancho de 5m, calcular la carga axial y esfuerzo de compresión en la base del edificio; considerar las siguientes especificaciones:

- F’c= 210kg/cm2 - alb = 1.8 Tn/m3 - con = 2.4 Tn/m3 - Carga por tabiquería y piso terminado = 150 kg/m2 - Carga viva = 250 kg/m2 - Espesor de losa maciza= 20 cm - Espesor de muro = 25 cm - Altura de muro = 3.00 m

5m

5m



Desarrollo:

Creamos un modelo:

Asignación de cargas muertas y vivas a la losa

Carga muerta Carga viva

El peso total será:

- Peso de la losa: 2.4x2.5x5x0.2 = 6.00 T - Carga por Tab. Y acab.= 0.15x2.5x5 = 1.875 T - Carga viva = 0.25x2.5x5 = 3.125 T - Peso del muro = 1.8x0.25x5x3 = 6.75 T - Peso total = 17.75 T



La carga axial será de:

F = 17.75 x 4 = 71 T

Con el programa etabs:

Por lo que el esfuerzo máximo será de:

Esfuerzo= P/A = 71/(5x0.25) = 56.8 T

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