Post on 29-Oct-2015
DISEO ZAPATA EN SAP- TRADUCCION POR LARRY BOCANEGRA GOMEZ
Zapata de 2.00 x 2.00, Pedestal de 0.60 x 0.60 x 1.50 mts, carga de 80.000 kg y My =
35000 kg-mt, Se va a disear una zapata cuadrada, abrimos el SAP y escogemos las
unidades en Kg-m, vamos a file y seleccionamos New Model,
aqu seleccionamos la opcin Grid Only, y en cuadro Quick Gird Only, establecemos
los siguientes parmetros, en la seccin Numbers of Grid Lines X = 4; Y = 4, Z= 2, el resto
lo dejamos igual, damos OK con el botn derecho del mouse
Vamos a define y marcamos Coordynate Systems Grid y en el cuadro que aparece
marcamos Modify/Show/System
Modificamos en X1 = 0.7, X2 = 0.6, X3 = 0.7 y X4 = 0 dem para
Y1 = 0.7, Y2 = 0.6, Y3 = 0.7 y Y4 = 0
Z1 = 1.5
El bublle Size = 0.7
Marcamos Ok en ambos cuadros y nos ubicamos en el plano Z = 0
La idea es generar unas areas en Z= 0, principalmente generamos toda el rea de la
zapata, podemos definir el material fc = 4000 psi (280 k) es importante establecer el rea
por lo que generamos shell y establecemos un shell thin = 0.40 Mts (espesor)
En Z= 0, y marcamos Quick Draw Area Element y marcamos cada uno de los nueve
cuadrados que forman la zapata en Z= 0, despus vamos a definir el material, marcando en
define y seleccionamos fc= 4000 psi (280 kg/cm2) o 28 Mpa. Definido el material damos
OK,
Es importante el definir el rea a usar, vamos a define y marcamos Section Proprieties y
escogemos Area Section, marcamos shell y vamos a definir los parmetros de esta
elemento, y establecemos un Shell thin, y marcamos en Section Name Z40, en Membrane
damos el valor de 0.40 y en Bending el mismo valor 0.40. Recordemos que estamos
trabajando en Kg-m
Renombramos el rea de la zapata en Z= 0, ya sea por ventana o escogindola toda,
Vamos a Assign y escogemos Area y despus Section, all escogemos Z40, y damos OK,
importante especificar que el material es Concreto 4000 PSI,
Marcamos el cuadro de central de la zapata y vamos a Edit, all escogemos Edit Areas y
Divide Areas, en el cuadro que nos sale en Divide Area Into this number of Objects,
marcamos 6 en cada uno de los cuadros, damos Ok, y observamos que el cuadro
Central de la zapata se dividi en cuadros de 6 x 6. Creando un Mesh, Marcamos all,
seleccionando todas las areas marcadas, vamos al men Edit y a Extrude y en Extrude
Area Solid, para crear el pedestal, marcamos User Define, marcamos en dx= 0 ,dy= 0, y
dz= 0.15 y en Number el 10, esto es con el fin de crear el pedestal, damos Ok y en el
cuadro en 3D, podemos visualizar el pedestal. Vamos a Set Play Options y marcamos
Extrude View, ya tenemos el pedestal creado y la zapata de 2 x 2
Las areas que conforman la zapata hay que dividirlas para eso nos vamos al cuadro de la
pantalla en 2D y escogemos la opcin Edit, all marcamos previa escogencia de los
Cuadros de las zapata la opcin Edit Areas y Divide Areas, marcando 6 x 6 tal y cual como
lo hicimos la primera vez, para delimitar la zona de pedestal.
El paso siguiente es establecer los casos de cargas, las cargas de anlisis y luego los
vnculos, vamos a Assign y escogemos Joint Forces, all en el cuadro con el signo +,
incorporamos las siguientes cargas define, Load case definiendo las cargas, dejamos la
carga muerta y creamos Axial Other y My Other, Momento alrededor del eje Y, una
vez creadas las cargas , la idea es ingresar la carga axial y el momento en la parte superior
del pedestal, para eso vamos View a 3d y marcamos XZ y OK en el dibujo en 3d escogemos
los nodos superiores, otra manera es ir a XY y subiendo hasta Z = 1.50 , y seleccionamos
los nudos de la parte superior, los cuales e remarcan en la ventana en 3D. Marcndose 49
puntos, como la carga axial es de 80 Ton, aqu en el cuadro de joint
Forces en Z, escribimos -80000 Kg, dividido entre 49, le quitamos los decimales y
escribimos -1633 kg, esta es la carga por nodo, ahora necesitamos incorporar el momento
alrededor del eje y de 35000 Kg-M, dividimos esta cifra entre la dimensin del pedestal en
el eje y, la cual es de 0.60 con el fin de establecer una carga puntual en cada nodo que
haga un par de esfuerzos totales en las caras del pedestal. (se marcaran solamente los
nodos de las caras, una de ellas es positiva y la otra con signo negativo, al introducir las
cargas)
Tenemos 35000/0.60 = 58333 entre 7 nodos (Son los nodos de la cara del pedestal)= 8334
kilos por nodo, vamos a Assign, joint forces y marcamos My e incorporamos 8334 kg.
Vamos a define, Section Proprieties y escogemos Solid Property Data, marcamos en
Property Name = PED y en Material Name 4000 PSI.
Vamos a al cuadro en donde esta la vista en 2D y marcamos View, all nos ubicamos en 3D y
marcamos XZ, estando en este cuadro por ventaneo marcamos los nodos de la prte inferior,
observamos que en el cuadro en 3D, la zapata muestra todos los nodos marcados. El
objetivo de asignarle a esta area de la zapata Z=0, vamos a Assign, Area Spring con el
fin de crear vnculos elsticos que simulan la rigidez del suelo a travs del modulo de
balasto, en el cuadro Assign Spring To Area Objects face, marcamos 3 kg/ cm3, que
corresponde al modulo de balasto en el Spring Stiffiness per unit area, en simple
Spring resisits, marcamos por Compresion Only, y en Area Object face, marcamos
Bottom, en Parallel to area Object local axis, marcamos 3, esto quiere decir que la
rigidez es paralela al eje local.
Ahora vamos a definir los casos de Analisis, vamos a Define, Analysis Case, el anlisis
modal, lo podemos borrar, no nos interesa, Ahora adicionamos un nuevo caso de carga y
vamos a Vamos a Analisis Case y borramos el caso Modal, incorporamos un nuevo caso de
carga no lineal, lo llamamos COM1, en donde adicionamos la parte AXIAL y la parte MY, de
una combinacin no lineal, inmediatamente vamos a Results saved y Modific Show, y en
el cuadro Results Saved for NonLinear Static Analisis Cases, activamos Multiple State
Podemos observar que las cantidades de 10 y 100 estn por defecto, ahora activamos los
parmetros no lineales los mantenemos por defecto igualmente, ya que son los que tiene la
estructura. damos Ok, y salimos de los cuadros, Es importante aclarar que en el modelo 3D,
en cada esquina vamos a incorporar un resorte que haga estable la estructura en 3d, vamos
a Assign y Joint, Spring y aqu escribimos en los ejes locales (X, Y) de 1.0 kg en el modo
Global, con el nico motivo de establecer una estabilidad en la estructura.
Corremos el modelo y le decimos que no corra el peso propio y le damos run, lo importante
de hacer un anlisis no lineal, es que el programa desvincula los anlisis elsticos que se
generan en traccin, para ello podemos ver (Display)como seria la fuerza Show forces
stresses y en Joint Reaccion Forces, o sea las fuerzas en las juntas debido a la
combinacin, Step 1 , notamos que en seguida se desincorpora toda una rea que estaba
a traccin, dejando solo los elementos que estn a compresin
Sin embargo si vamos pasando los pasos vemos como se modifican los elementos.
resultantes en la zapata (usando las flechas hacia la derecha) logramos llegar al paso 10 de
uno en uno
Podemos establecer que el programa nos muestre los esfuerzos en las areas, (Display) por
ejemplo los momentos mximos, Shell, Member Force Diagram, en esa combinacin,
paso 10, ahora vamos a XY y observamos los esfuerzos en planta
En toda la zona hacemos un corte, Draw, Draw Section Cut y hacemos un corte por la
seccin media de la zapata, y vemos como es la forma del diagrama.
Para ver el esfuerzo que acta sobre el suelo se debe hacer los siguiente, la deformada ante
la combinacin Deformed Shape, en la parte axial, hemos trabajado con 80.000 kilos, para
un esfuerzo de (80.000/(200x200)) = 2 Kg / cm2 en el suelo, vamos a ver si para la parte
AXIAL, damos OK, y tocamos uno de los nodos de la zapata, y con el botn derecho del
mouse, en el nodo de la zapata aparece el cuadro Joint Desplacment, en donde vemos
que el esfuerzo es de -0.67 cm, el cual multiplicado por el modulo del balasto nos da -0.67
cm x 3.0 Kg/cm3 = -2.01 Kg/cm2, que es lo esperado
Ahora, para la compresin total, Display, Deformed Shape, COM1, en el paso 10 y damos
Ok, vamos a la grilla de la zapata y marcamos con la punta del mouse un nodo y
Accionamos el botn izquierdo y leemos (kgf-cm) y nos da 1.36 el cual multiplicado por 3
= 4.08 Kg/cm2, lo otro bsico es el diseo de la zapata, para ello vamos a display Show
forces stresses, shell, aqu marcamos Concrete Design, para la COM1, aqu es
importante establecer opciones en donde Top Face y Bottom Face, estn asociadas al rea
de acero, por ejemplo si le ponemos Visible Face, es la cara de arriba, en este caso vamos
a tomar el Absolute Maximun, ya que no importa si est arriba o abajo, Ast1 y Ast2, son
asociados al rea de acero del eje local o del eje local 2, vamos a tomas Ast1 y el resultado
que nos va a arrojar van a ser de cargas inducidas, es una cuanta de cm2 por cm y me
acerco haciendo un show sobre la zapata, marcando en la zona del pedestal vemos 0.157,
valor que multiplicado por 100 da un rea de acero de 15.76 cm2, otra opcin es hacer una
seccin de corte, tomamos Display XXXXXX y marcamos en la zapata varios cuadros y anexo
los nodos, y hacer un grupo, el cual llamaremos GE, la idea es integrar las fuerzas y que
momentos y que cortantes estn en ese lugar, vamos a Define y marcamos Section Cut,
marcamos SCUT1 para el grupo GE, marcamos fuerzas para diseo, Design (P, V2, V3, T,
M2, M3), y el elemento es tipo Slab, damos OK, dos veces, ahora vamos a hacer un
Display y nos colocamos en Kg-m Y presionamos Show tables, abrimos Structure
Output, abrimos other Output Item, tomamos Section Cut, marcamos Select Analisis
Case y lo tomamos para la fuerza de combinacin.
En la tabla vemos V2 = 22603 Kg, M3 = 1669 kg-m, y con esto podemos hacer el diseo