Curso ETABS Mineria Febrero 2014

ETABS versión 9 Extended 3D Analysis of Building Systems

Fernando Monroy Miranda*

Con dedicación a los asistentes y de manera especial

a mi maestro Julio Damy Rios (QEPD)

febrero del 2014

*Profesor de la Facultad de Ingeniería de la UNAM Departamento de Estructuras, División de las Ingenierías Civil y Geomática;

Facultad de Ingeniería, Circuito Escolar, Cd. Universitaria, México, D. F., 04510 Tel.: (55) 5622-8002, ext 1204

email: [email protected]

Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Ingeniería

Una herramienta (programa de computadora)

para Análisis y Diseño de Estructuras

modeladas con elementos finitos

mailto:[email protected]







Breve reseña histórica

TABS (1970´s)

SUPER–ETABS (1980`s) Computadoras grandes y Microcomputadoras

ETABS (1980-1990) Microcomputadoras (PC´s)

Grandes ventajas en los problemas de análisis de marcos planos y tridimensionales (orientado a estructuras de

edificios).

Fortran-77

Análisis Estático y Dinámico

Desventajas

Entrada de datos por archivo (editores de texto rudimentarios)

Salida a archivos (gran cantidad de resultados numéricos)

No gráficas (no deformada, deformada, modos de vibración, diagramas de elementos mecánicos, etc.)

Errores, interpretación de resultados muy tediosa


ETABS (2000-2014, computadoras personales)

Interfaz gráfica de usuario (ventanas múltiples, menús, ayudas, utilerías, etc.)

Análisis no lineal (comportamiento y geometría), secuencias constructivas,

elementos de protección sísmica (aisladores de base, amortiguadores, etc.)

Gran rapidez en su ejecución (estructuras modeladas con EF y análisis

dinámico lineal y no lineal).

“Diseño” de elementos de concreto (vigas, columnas, diagonales, muros, etc.)

y acero.

Importación, exportación de datos y resultados a otros programas (Autocad,

Revit, SAP2000, SAFE – detallado de elementos, generación de “planos” de

detalle en formatos dxf y dwg –)

• Capacidad para resolver problemas “ilimitada”

• Gráficas de no-deformadas, deformadas y diagramas de elementos mecánicos

• Varios posibles elementos finitos

a) Elemento 3-D “Frame” (Marco)

b) Elemento 3-D “Shell” (Placa)

c) Elemento 2-D “Asolid”

• Elemento frontera con resortes (apoyos)

• No hay restricción en la combinación de diferentes tipos de elementos

• Se pueden modelar vigas, armaduras, marcos, estructuras irregulares (planta, elevación)

• Edificios (diagonales, muros, sistemas de piso, volados, rampas, escaleras, cimentación, etc.)

•Resultados en bases de datos accesibles desde el programa

•Animaciones (deformada, modos de vibración, análisis paso a paso, etc.)


Instalación, pruebas y producción

Ejecutar instalador (Setup)

Configuración automática por el programa instalador

• Pruebas al sistema

• Ejecutar los ejemplos disponibles

• Comparar los resultados obtenidos y los disponibles

• Ejecutar ejemplos en que conozcamos sus soluciones

• Producción y comprobaciones

• Estructuras cuya solución se desee conocer • Verificar datos

• Observar orden de magnitud de los resultados obtenidos

• La estática siempre se debe de verificar (Ley)

Cuidados y recomendaciones

• Conectividad, la unión o conexión entre los diversos elementos o partes de la estructura es a

nivel de nudos (externos, internos), la estructura continua se discretiza en una serie de elementos

(elementos finitos).

• Barra (frame), dos nudos.

• Planos (shell, wall), tres, cuatro o más nudos.

• Nlink

• Condiciones de borde o de frontera (restricciones o apoyos)

• Simples (empotramiento, deslizante, etc.)

• Resortes

• Posición de los elementos en la estructura • Ejes locales

• Ubicación

• Orientación (nudos extremos)

• Verificación: Dimensiones globales, unidades, forma y dimensiones de la sección transversal

de las barras (columnas, trabes, diagonales).

• Forma de trabajo de los elementos • Transmisión o liberación de algún tipo de elemento mecánico

• Parámetros de diseño (vigas, columnas)


• Tipo y magnitud de las fuerzas • Sistemas de fuerzas separadas (pp, scm, cvmax, cvinst, etc.)

• Comprobación manual (gruesa) a través de la resultante

• Combinaciones de carga

• Masas en el modelo • Masas provenientes de las condiciones de carga

• Masas adicionales

• Masas rotacionales (diafragma rígido)

• Resultados • Detectar partes de la estructura que no estén conectadas

• Revisar forma de la elástica para cada condición de carga

• Revisar formas modales (solicitarlas aunque no se requieran)

• Detectar posibles errores en unidades o dimensiones de los elementos • Analizar orden de magnitud de los desplazamientos máximos

• Detectar posibles errores en el sentido y magnitud de las fuerzas • Revisar reacciones (magnitud, dirección, resultante)

• Revisar forma y orden de magnitud de los elementos mecánicos


Ningún programa de computadora sustituye al buen juicio del ingeniero

Basura entra, basura sale

Si no se sabe como utilizar alguna opción o módulo del programa, qué o cómo lo está haciendo es conveniente

hacerle pruebas exhaustivas, sino mejor no utilizarlo

Ejemplos

X

Y

X

Z

Y

Z

Geometría y cargas de la viga del ejemplo V.1

40 4

C E F

G

H

A B

30

D

20 20 40 252.5 4 2 2

I

30 3 252.5 3 (m)

2 T/m1.75

8 Ton 5 Ton2 T/m

16 Ton

4 T-m5 T-m

30 40 30 2020 40 25 25

4

3 4 3 2 2 4 2.5 2.5

5

2 28 5 16

5.25

15

3.2

5.25

J

1

7

8

4

9

19.2

3.2D.F.C.

(Ton)

17

5

+1.89

12

D.M.F.

(Ton-m)

1.75

36.2

Fuerzas resultantes y diagramas de elementos mecánicos, ejemplo V.1

Geometría y cargas de la viga del ejemplo V.2

4070

2050(m)

y

x 431 2

50 5 20 260 3

Considere: Viga 70 50 cm (figura

V.2b), concreto E = 190,000

Kg/cm2 , = 0.18, = 2.4 Ton/m3

2 T/m

5 3 5

2 T/m

Fuerzas de la segunda condición de carga, viga del ejemplo V.2

Viga hiperestática, ejemplo V.3

10 Ton

4 Ton/m

4 Ton 4 Ton

1 31 2 4

30 30 20 20 20 601.5 m 1.5 m 1 m 1 m 1 m 3 m

Considere: sección 50 70 cm, concreto

E = 190,000 Kg/cm2 ,

= 0.18,

= 2.4 Ton/m3 .


30 30 60 60 30 302 m 2 m 4 m4 m 2 m1 432 5

6 T

6 T

8 T/m

EI = cte L = cte

2m

( + )

16.22

7.86 16.30

1 432 5

( + ) ( + ) ( + )

( ) ( ) ( )

Diagrama de momentos flexionantes de la viga del ejemplo V.4.


2 5 5 33

2.51.5

EI = constante

606.5 20 2 15 151.5 1.7 252.5 30 3252.5151.3

Marco isostático, ejemplo M.1

15 25 30

10

5

2

32.51.5

EI = Constante

48 4

1

3

1

5

2

4

6

10 Ton

0.5 Ton/m

2 Ton/m 4059

3.5 m

5 m

201 m

705 m

1

3

1

5

2

4

6

2.24 5.30

0.27 4.44

6.59

20.28

6.3415.82

19.64 18.17

EI = Constante Momentos en los extremos de las barras del marco del ejemplo M.2.

Marco hiperestático, ejemplo M.2

Marco del ejemplo M.3.

1 4

3

2 5

33 T 5 T/m

2550 25

1I 2I1I

354 m

4

2

4

1

150

100

cmI

cmI

cteE

5 m 2 m 4 m 808 m

( - )

( + )( + )

19.3

( + )

( - )

28.14

( - )

8.86

( + )

3.0 2.5

4.43

( - )

Diagrama de momentos, marco

del ejemplo M.3.

Marco del ejemplo M4

3 T/m10 Ton 2.25 T/m

3 T/m

25 353.252.5

50 70 50 5 6.5 4.5

4050

3.5

4

(m)

12 Ton

15 Ton

2 T/m

Vigas 1er piso 30 70 cm., Vigas 2do piso 30 55 cm.

Columnas exteriores 65 65 cm. Columnas interiores 50 50 cm

, E y constantes. Cargas 1er Peso propio, 2do Vertical, 3a Lateral


1.46 T/m

3.93 T/m

1

4

32

5

87

6

9

2.63 T

4.03 T

5070

3 m

4 m

EI = cte

80 806 m 6 m


3 T/m

3 T/m

A

4

CB

5

21

6

3

I = 4

80 805 m 5 mD

7

I = 4

I = 4

I = 4

I = 1

I = 3 I = 3 I = 3 I = 3

3 T/m

3 T/m

1.5 T/m

I = 1 I = 1 I = 1

1008 m

5070

3 m

5 m

Algunos resultados :

MA = 1.891 T – m M4A = 2.769 T – m M76 = 6.54 T – m MB = 0.702 T – m

M5B = 0.585 T – m M3 = 1.87 T – m MC = 1.523 T – m M6C = 2.033 T – m

M1 = 1.935 T – m MD = 2.767 T – m M7D = 6.547 T – m

Marco del ejemplo M.7

65 35 50

304

0 4

3

2 T/m

25 T

1.5 T/m

15 T

6.5 3.5 5(m)

E = 215 000 Kg/cm2 , = 0.18, = 2.4 Ton/m3

Columnas = 60 cm, Trabes 30 60 cm


757.5 m 606 m

4030

505 m

3 m

4 m

Columnas extremas 50 50 cm.

Columnas interiores 40 40 cm.

Trabes 30 50 cm.

3

2

m

Ton4.2

2.0

cm

kg000,230E

18 T

16 T

Fuerzas laterales sobre el marco del ejemplo M.8.

1.5 T/m

2 T/m

5 T 5 T

2 T/m

30

55

2 m

4 m

Fuerzas verticales sobre el marco del ejemplo M.8.


80 807.25 m 6.18 m 8080 805.75 m 5.5 m 6.2 m

5050

5050

50704 m

3 m

3 m

3 m

3 m

3 m

24

2 T/m

16.5

2.5 T/m

2 T/m

21.5

13

10.5

8

2 T/m

2 T/m

1.5 T/m


Columnas extremas = 80 cm., Columnas interiores 40 60 cm.

Trabes 30 60 cm.

f ’c = 250 kg/cm2 , E = 14,000 f ’c

= 0.2, = 2.4 Ton/m3

Armadura del ejemplo A.2

3 T804 m

2 T80 804 m 4 m

Material: Acero

Secciones: todas 2 ángulos 3” 3” ½” separación ½”

3 T

2 T80

5.00

8.00

8.00

80

8.00

5.00 7.07

3.00

2.00

4.24

3.00

3.00

804 m4 m

4 m

Fuerzas axiales, armadura del ejemplo A2.


45

1

1

1

1

4080

2 m

4 m

452 m 2 m2 T

2 T

40

1

1

1

1

2 m2 T

2 T

2.001.00

4.00

3.00

1.41

1.41

2.83 1.41

1.00

1.41

2.83

452 m

804 m

402 m

2.00


6 T3 T

40404 m

4 m

30 30 30 30 30 30 303 m3 m 3 m3 m3 m3 m3 m

45°

6 T3 T

7.48

5.74

7.17

3.18 3.18

0.33

4.11 3.91

0.26

3.38

0.26

3.57

2.98

0.33

5.36 3.57

2.38 2.98

2.38 2.98

2.98

1.79 3.58 3.585.36

2.38

30 30 30 303 m 3 m 3 m 3 m 303 m303 m 303 m

4040

4 m

4 m

45°

Fuerzas axiales y reacciones en la armadura del ejemplo A.4.

Y

X

10 T 15 T

30 T

20 T 30 T

402520 ft

30 ft

3108 @ 30 = 240 ft

5.42

10 T 15 T

30 T

20 T 30 T

2.92

7.66

35.83 2.92

2.92

88.75

35.83

4.12

0.00

113.53

85.4

4

21.8

0

5.42

5.42

5.42

20.83

45.42

81.25

60.42

20.83 81.255.

30 5.30

88.75

102.16 102.16

52.92

74.84 32.92

46.55 2.92

Fuerza axial en las barras de la armadura del ejemplo A.5.



4040

40 40 40

P P

F

a a a

a

a

a = 2.5 m

Resultados para el ejemplo A.6 (1ª. Condición de carga).

5 5

3.33

2.64

3.54

3.33

2.64

3.54

3.54

3.54

3.54

3.54

3.54

2.64

2.64

2.64

2.64

3.54

5.00 5.00

13.33

10.54

14.1

4

14.1

4

14.14

14.1

410.54

10.54

13.3313.33

20

20.00

Resultados para el ejemplo A.6 (2ª. Condición de carga).

4 T

50 50 50

1 T

50

3 m 3 m 3 m

3 m

4 T

1 T

0.142 0.423 2.54

+ 0.20

- 0.423

+ 0.21

- 2.82

- 1.56

+ 1.02+ 0.88 + 0.88 + 1.18

1.11

- 1.18

Armadura del ejemplo A.7.

Fuerza axial en las barras de la armadura del ejemplo

A.7 para la hipótesis de nudos articulados

50 5

10010

c1 c1 c1

c3 c3 c3

v2 v2 v2

v2 v1

v2 v1 v2

c1

v1 v1 v1 v1

c2

v2

c2

v1

c2

v2

c2

60 6 757.5 656.25

A

B

C

1 2 3 4

(m)

Planta

Edificio del ejemplo E.1

3535

40

60 75 65 6 7.50 6.25 (m)

3.50

3.50

3.75

Geometría y dimensiones para el edificio del ejemplo E.1.

Material: Concreto = 2.4 T/m3 E = 213,000 kg/cm2 = 0.2

Columnas Vigas Cargas pisos 1 y 2 w = 0.9 T/m2

C1 50 50 cm V1 35 70 cm

C2 40 60 cm V2 35 50 cm Azotea w = 0.8 T/m2

C3 = 50 cm

Elevación

Edificio del ejemplo E.2

4050

y

7050

50 60 60 5 6 6

x

5

4

5

7

Planta

3535

35303.0

3.5

3.5

3.5

x

z

Elevación

Columnas = 70 cm. 50 80 cm. Condiciones de carga

1ª. Peso propio

Trabes en x; 30 60 cm. 2ª. C. M. adicional 400 kg/m2

Trabes en y; 30 70 cm. 3ª. C. V. 250 kg/m2

4ª. Sx (Aplique las fuerzas en el C. M. de cada piso). 5ª Sy (Aplicadas en el C. M. de cada piso,

respectivamente).

20

18

15

21

Z

X

20

18

15

21

Z

Y

Marco del ejemplo D.1

(m)30

1818

1817

183.5

3.5

3.5

3.5

3.5

6

7 T

6.5 T

5 T

4 T

3.5 T

Columnas 40 40 cm concreto

Trabes W 30 108 acero

A = 0.0205 m2

Condiciones de carga

1ª- Peso propio

2ª. = 2 T/m en trabes.

3ª Sismo en x

Peso total

Columna 10 x 3.5 x 0.4 x 0.4 x 2.4

= 13.44 Ton

Trabes 5 x 0.0205 x 6 x 7.83

= 4.82 Ton

W = 18.26 Ton

Del diagrama de fuerza axial

Axial columna Base = 9.12 x 2 = 18.24T

2ª Condición

Wz = 5 x 6 x 2 = 60 Ton

del diagrama de fuerza axial

Axial columnas pb = 2 x 30 = 60 Ton.

7 T

6.5 T

5 T

4 T

3.5 T

Condiciones de carga

1ª- Peso propio

2ª. = 2 T/m en trabes.

3ª Sismo en x

3.50

6

6.75

9.25

11.25

12.99

3.50

6.75

9.25

11.25

7

6.5

5

4

13.01

3.5

24.3624.40

306.25 Ton-m

11.78 m

26

42.92 42.92

Algunos resultados para la tercera condición de carga, ejemplo D.1

3a. Condición

Fx = 26 – 26 = 0

Fy = 0

Mbase = 306.25 – 24.40 – 24.36 – 42.92 (6)

= 386.25 – 306.2 = 0

1

7

2

8

1413

80 806 m 6 m

3

9

4

11

1615

80

5

10

6

12

1817

80 80

2019 2221 2423

3837 4039 4241

2625 2827 3029

3231 3433 3635

6 m 6 m 6 m

5050

5050

50704 m

3 m

3 m

3 m

3 m

3 m

Dimensiones del marco del ejemplo D.2.

Columnas extremas = 80 cm.

Columnas interiores 40 60 cm.

Trabes 30 60 cm. 2.0

kg/cm250'

'000,14

2cf

cfE

wsismo = 800 kg/m2 (por nivel)

ancho tributario = 8 m

7 T

3.5 T

14 T

10.5 T

20 T

17.5 T

Fuerzas laterales para el marco del ejemplo D2.

Muros demampostería

Muros de concreto

2626

2626

45 45 45

3

3

3

3

5 5 5 (m)

Geometría del marco, ejemplo D.3.

Columnas extremas 40 40, columnas intermedias 70 70, muro de mampostería e = 15 cm, muro

de concreto e = 20 cm, concreto f ’c = 250 kg/cm2, E = 14,000 f ’c; = 2.4 Ton/m3, = 0.2,

mampostería de tabique rojo recocido mortero tipo I (usar las NTC del RCDF-04). Modele los

muros con elementos finitos planos, por ejemplo, de 1 1 m.

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Curso ETABS Mineria Febrero 2014

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