Sap2000 Modelo de Estanque Rectangular
-
Upload
perezleonardo -
Category
Documents
-
view
30 -
download
3
Transcript of Sap2000 Modelo de Estanque Rectangular
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Modelo de Estanque Rectangular
en Sap2000
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Las dimensiones del estanque son: Largo: 4,2m Ancho 2,6m Altura interior libre 2,8m Altura Maxima Agua: 2,6m Espesor muros = 0,2m Losa de fondo =0,2m Losa superior =0,15 m Carga de tierra lateral H= 3,0 m Peso Unitario Tierra 2 T/m3 Napa desde nivel superior terreno 1 m Crear un nuevo modelo: File > New Model Para generar de inmediato una grilla rectangular, en New model Initialization asegurarse de seleccionar las unidades que se quieran usar (en el ejemplo kgf, m, C). En select template seleccione Underground Concrete
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
En este men, seleccionamos Riser de la lista superior, e ingresamos los datos en la pestaa Riser Properties. Despus cambiamos a la pestaa Loading Data, para ingresar las cargas de agua (la de suelo no la ingreso porque el Sap2000 la agrega completa, sin incluir el efecto de la napa usando un boyante, sino que usa del suelo en toda la profundidad de la estructura)
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Le damos Ok, y vemos que sea han creado automticamente las paredes del estanque, aunque faltan la cubierta y la losa de fondo.
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Si nos vamos a Display > Show Load Assigns > Area, se abre el men Show Area Loads
marcamos la opcin de la figura, le damos Ok, y podemos ver que efectivamente el programa puso automticamente la carga hidrosttica a 1 [m] desde el borde superior
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Apretamos Set XZ view para tener una vista en elevacin
Envolviendo con el mouse la seccin que se muestra en el dibujo, seleccionamos toda esa parte (esto lo hacemos para ms adelante agregar la carga esttica de suelo con boyante desde ah para abajo, pues desde la parte morada hacia abajo es donde empieza la napa)
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Entonces la idea es seleccionar toda esta mitad hacia abajo del estanque, hasta ahora solo seleccionamos una cara, para seleccionar el resto (hay que hacerlo cara por cara), apretamos Move Down in List para ir a la cara contraria
en esta cara nuevamente volvemos a seleccionar como en la imagen de mas arriba, ahora apretamos Set YZ view, para tener una vista del otro costado del estanque
volvemos a seleccionar
Con esto, ya tenemos 3 lados del rectngulo seleccionados. Queda un solo lado que seleccionar, apretamos Move Down in List
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
seleccionamos y listo. Si apretamos Set Default 3D View, vemos que hemos seleccionado toda la parte inferior
A esta seleccin le asignaremos un grupo para poder seleccionarla con mayor rapidez mas adelante. Nos vamos a Assign > Assign To Group, y en el men Assign/Define Group Names apretamos Add New Group.
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
se abre el men Group Definition
le damos un nombre, y Ok a Group Definition
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Ok a Assign/Define Group Names y listo. Ahora asignaremos en un grupo la parte restante del modelo, vamos a Select > Select > Groups
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
en Select Groups seleccionamos abajo, y le damos Ok. Se ve que se ha seleccionado nuevamente la parte de abajo
Ahora vamos a Select > Invert Selection he inmediatamente se selecciona la parte superior del estanque
Repitiendo los pasos anteriores, ahora a esta seleccin le asignamos un grupo (Assign > Assign To Group, etc.), yo le llam arriba.
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Ahora asignaremos las cargas al estanque, en este ejemplo, los empujes estticos por el lado exterior del estanque tienen la siguiente distribucin
Luego, las cargas son, en [kg/m2], las siguientes:
Suelo: 1200300 += ZP si mZ 20 1800600 += ZP si mZm 32
Agua: ZP = 10002000 si mZ 20 (este ya est listo) Vamos a Define > Joint Patterns, se abre el men Define Pattern Names, aqu ingreso 2 nuevos nombres, Suelo_t (de top) y Suelo_b (de bottom), para luego agregar un patrn de cargas. Le damos Ok.
Vamos a Select > Select > Groups, escogemos arriba en el men Select Groups, y le damos Ok. Vemos que se selecciona la parte superior del estanque. Ahora vamos a Assign > Joint Patterns, se abre el men Pattern Data, aqu rellenamos como sigue
Kam ][1
( ) Kambm + ][2][1
Suelo Agua
][2 mw
2 m
1 m
Z
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
De la misma manera (Select > Select > Groups, etc.), ahora seleccionamos la parte de abajo, vamos nuevamente a Assign > Joint Patterns, y en el men Pattern Data ahora rellenamos con lo siguiente y le damos Ok.
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
y ahora solo falta agregar las cargas, apretamos CTRL+A para seleccionar todo, vamos a Assign > Area Loads > Surface Pressure, se abre el men Area Surface Pressure Load y pinchamos el + para agregar un nuevo estado de cargas, se abre Define Load Patterns
agregamos un estado que llama SUELO
le damos Ok a Define Load Patterns. Rellenamos como sigue
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
cuidando de seleccionar la cara Bottom que es la que da hacia afuera del estanque segn los ejes locales de los elementos shell. Ahora, volvemos a seleccionar todo (CTRL+A) y otra vez vamos a Assign > Area Loads > Surface Pressure, ahora en el men Area Surface Pressure Load hacemos lo siguiente
fijarse que esta vez, en Options escogimos Add to existing Loads, para no borrar las cargas que anteriormente agregamos a la parte de arriba. Le damos Ok a Area Surface Pressure Load. El estanque se ve as
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
apretamos F4 (Show Undeformed Shape) para no ver las cargas. Hasta ahora, no hemos puesto ni la losa ni la cubierta del estanque, eso lo haremos ahora, adems no hay que olvidar agregar la subpresion producto de la napa que corresponde a 2000 [kgf/m2] para este caso en particular. Primero vamos a definir las secciones de la losa y la cubierta. Vamos a Define > Section Properties > Area Sections y le apretamos Add New Section
aqu creamos una seccin que ser para la losa, y otra aparte que ser para la cubierta del
estanque, cuidando de respetar los espesores que corresponden a cada una
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Apretamos Set XY view para obtener una vista en planta del estanque, esto automticamente nos
dar una vista de los apoyos del estanque, entonces primero dibujaremos la losa
Con la herramienta Quick Draw Area Element vamos a dibujar, escogemos LOSA del men
desplegable
y haciendo un zoom si es que hiciera falta, pinchamos sobre un rea para dibujar un elemento de
losa
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
apretamos Esc para cerrar la herramienta Quick Draw Area Element y acto seguido pinchamos
el elemento de losa recin dibujado para seleccionarlo
hecho esto, apretamos CTRL+R para abrir el men Replicate, primero replicaremos en X, 21
veces, le damos Ok
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
volvemos a seleccionar, como se va en la figura
apretamos CTRL+R nuevamente, ahora llenamos como sigue
le damos Ok, y listo, ya terminamos la losa
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Ahora dibujaremos la tapa, apretamos Move Down in List y nos aseguramos de que estamos en
la parte superior del modelo (en Z=2,975 m)
Repetimos el proceso que usamos para dibujar la losa, es decir, escogemos la herramienta Quick
Draw Area Element luego escogemos la seccin CUBIERTA en el men desplegable, y por
ltimo replicamos el elemento dibujado hasta completar.
Dejamos las aberturas que correspondan en la cubierta, seleccionando elementos con el mouse
(haciendo click en el centro del elemento) y apretando Supr para eliminarlos
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
El estanque ahora se ve como en la figura
Faltara, para terminar el modelo, poner un soporte a la losa. Le pondremos resortes a los joints
de la losa, para esto primero apretamos Set XY view
Verificamos que estamos a nivel de la losa (Z=0 m, en rojo), y seleccionamos rodeando la losa
con el mouse, como en la figura
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Con la losa seleccionada, vamos a Assign > Joint > Springs y ponemos resortes de la rigidez
que queramos, yo les puse 10000 kg/cm = 10^6 kg/m, y Ok.
Los resortes se ven en pantalla,
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Falta an colocar algunas cargas, en la losa de cubierta se cargar con una carga uniformemente
distribuida de 300 kg/m2 y aparte con una carga puntual en el centro de la cubierta, de 200 kg.
En lo que respecta a las cargas ssmicas, por ser ste un modelo rectangular, es necesario
modelar el sismo en 2 sentidos perpendiculares entre s, lo haremos para un sismo en el eje X, y
otro en el eje Y, suponiendo que el lado largo del estanque es paralelo al eje X, y el lado mas
corto (ancho) es paralelo al eje Y.
El empuje adicional producto del sismo en el suelo, lo modelamos usando Mononobe-Okabe, y
en la napa, lo que se hizo fue, por simplicidad, ajustar una ecuacin lineal en Z, a la parbola de
Westergaard dada por la ecuacin
( )ZhhwkhP = 8
7
donde h es la altura de la napa, y Z tiene su origen en la base del estanque. La aproximacin
lineal a la curva obtenida es, suponiendo kh=0,4:
ZP = 3316,07752,0
con [Z]=[m] y [P]=[ton/m2].
Las cargas hidrodinmicas del agua dentro del estanque obtenidas segn la norma NZS 3106
son:
Sismo X Sismo Y
t [ton/m2] 0,27 0,31
b [ton/m2] 1,58 1,25
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Primero que todo, vamos a Define > Load Patterns para definir los estados de cargas que faltan
a la estructura
As como estn definidos en la figura, los estados de carga son los siguientes:
SELF: Corresponde al peso propio de la estructura, Sap2000 lo crea automticamente, y
tiene un ponderador 1 de peso propio.
WATER: Es la carga hidrosttica de la napa, creada automticamente cuando empezamos
el modelo
WATER_SX (SY): El exceso de presin de la napa sobre la estructura debido al sismo en
el sentido del eje X (Y)
SUELO: Corresponde a los empujes estticos de tierra
SUELO_SX (SY): Es el exceso en el empuje de tierras debido al sismo en X (Y).
SC_techo1: Es la sobrecarga de 300 kg/m2 sobre la cubierta
SC_techo2: Es la sobrecarga de kg en el centro de la cubierta
ESTANQUE_SX (SY): Es el efecto del sismo sobre la estructura en el sentido del eje X
(Y)
AGUA: La carga hidrosttica del agua al interior del estanque
t
b
Z
58,14367,0 += ZPx
25,13133,0 += ZPy
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
AGUA_SX (SY): El exceso de presin del agua interior del estanque debido al sismo en el
sentido del eje X (Y)
SUB: Es la subpresin ejercida por la napa de agua sobre la estructura.
Para calcular usando Mononobe-Okabe las cargas debidas al sismo en el suelo, usaremos, por
simplicidad un peso unitario promedio
]3/[5,12
mtonb
p =+
=
usando este valor promedio se obtiene, tanto para el sismo en X, como en Y, una distribucin
como la siguiente, que es la que pondremos en el modelo.
Por ltimo, despreciaremos el efecto del roce que tienen las paredes paralelas a la direccin del
sismo, con el suelo. Es decir, el sismo en la direccin X implicar cargas slo en las caras
perpendiculares a X, y equivalentemente para un sismo en la direccin Y.
Continuando, vamos a Define > Joint Patterns y damos nombre a los patrones que aplicaremos
mas adelante
y estamos listos ingresar los datos.
Joint Pattern: Sismo Suelo
Para ingresar el patron del sismo en X, apretamos Set XY View y usamos, ya sea, Move up in
List, o Move Down in List, para ubicarnos en la caras del estanque y poder seleccionarlas
]2/[993,1 mtonqae =
3 m ZP = 6643,0
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
seleccionamos las caras en el plano XY, como se ve en la figura
luego, vamos a Assign > Joint Patterns, y asignamos nuestro como corresponda, verificando
siempre las unidades en las que estamos trabajando (en la figura, en rojo)
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
realizando un procedimiento anlogo, escogemos las caras que estn el plano XZ para
seleccionar y asignarle un patrn de cargas a SueloY. Esta parte esta lista.
Joint Pattern: Sismo Agua del estanque
Repetimos el procedimiento, seleccionamos las caras en el plano YZ, y les asignamos el sismo
en X, luego elegimos la caras en el plano XZ y les asignamos el sismo en Y
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Joint Pattern: Sismo Napa
La misma idea, seleccionamos las caras y aplicamos el patrn de cargas
Joint Pattern: Agua interior estanque
Seleccionamos todas las paredes del estanque, vamos a Select > Select > Groups y
manteniendo la tecla CTRL presionada, seleccionamos arriba y abajo, para seleccionar
completamente las paredes del estanque, le damos Ok
Vamos a Assign > Joint Patterns
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Y listo.
Ahora aplicaremos las presiones sobre el estanque usando los patrones de carga recin
definidos. Vamos a Assign > Area Loads > Surface Pressure, se abre el men Area Surface
Pressure Load, aqu pondremos las cargas, segn el patrn, y asignndolas al estado de cargas
correspondiente.
NOTA: Hay que ser saber de que manera estn orientados los ejes locales de los elementos,
para cargar correctamente la estructura. Recordar que se puede ver la ubicacin de los ejes
locales graficamente yendo a Set Display Options (CTRL+E) y en Areas, activar la casilla,
Local Axes. La convencin de ejes locales es (rojo=1, blanco=2, azul=3, la cara en la direccin
y sentido del eje 3 es Top, y en sentido contrario al eje 3 en Bottom)
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Area Surface Pressure Load: WATER_SX
Esta carga la aplicamos sobre las cargas perpendiculares al eje X, es necesario notar que, como
el sismo que queremos representar es en la direccin X, en la cara del estanque que corta en
X=0m debemos por el lado Bottom de los elementos Shell, mientras que en la cara que corta a
X=4,4m debemos colocar las cargas por el lado Top de los elementos, segn como estn
orientados los ejes locales en este ejemplo particular. Entonces debemos seleccionar las caras
por separado y luego aplicar la carga a cada una donde corresponda. Cuando uno apreta Set YZ
View la coordenada sobre el eje X puede verse en la esquina inferior izquierda de la pantalla.
Para ejemplificar, apreto Set YZ View, y selecciono la cara que est sobre X=0m
Notar que hemos seleccionado solo una cara
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Ahora aplicaremos la carga, con la cara seleccionada, vamos a Assign > Area Loads > Surface
Pressure y llenamos como sigue
Ahora, apretamos Move Down in List, para seleccionar la cara que est sobre X=4,4m
seleccionamos esta cara y repetimos, vamos a Assign > Area Loads > Surface Pressure, solo
que ahora llenamos poniendo la carga en la cara Top.
Le damos Ok
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Para verificar la direccion en que quedaron nuestras cargas, apretamos Set Default 3D View,
vamos a Display > Load Assigns > Area, escoger el estado de cargas que queramos,
WATER_SX en este caso, y escoger ver las cargas en la opcin Surface Pressure Values, ya sea
Bottom o Top, y verificar su direccin
Area Surface Pressure Load: WATER_SY
Realizamos lo mismo que en el caso anterior, esta vez en el plano XZ, una cara se carga por el
lado Top, y la otra por el lado Bottom.
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Area Surface Pressure Load: AGUA_SX
Repetimos el procedimiento. En la figura, a la izquierda la cara sobre X=0m, a la derecha la
cara sobre X=4,4m
Area Surface Pressure Load: AGUA_SY
A la izquierda sobre Y=0m, a la derecha sobre Y=2,8m
Area Surface Pressure Load: SUELO_SX
A la izquierda sobre X=0m, a la derecha sobre X=4,4m
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Area Surface Pressure Load: SUELO_SY
A la izquierda sobre Y=0m, a la derecha sobre Y=2,8m
Area Surface Pressure Load: AGUA
Seleccionamos las paredes del estanque y aplicamos el patron sobre el lado Top
Por ltimo, seleccionamos la losa de fondo, vamos a Assign > Area Loads > Uniform
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Nos quedan por colocar an las siguientes cargas:
Subpresion
Sobrecargas en la cubierta
Efecto del sismo sobre la estructura
Subpresion
La obviaremos puesto que al modelo le pusimos apoyos fijos. Sera necesario verificar aparte
que la estructura no flote.
Sobrecargas en la cubierta
Apretamos Set XY View, y nos movemos al nivel de la cubierta, seleccionamos toda la cubierta
y vamos a Assign > Area Loads > Uniform
Ahora la carga puntual, seleccionamos el joint en la mitad de la cubierta
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
y vamos a Assign > Joint Loads > Forces
Sismo sobre la estructura
Primero en X, seleccionamos toda la estructura (CTRL+A), vamos a Assign > Area Loads >
Gravity
Para Y, repetimos lo mismo, CTRL+A, y vamos a Assign > Area Loads > Gravity
-
Autor: Gabriel Opazo E-mail:[email protected] Para: Hidrosan
Ya casi terminamos, ahora vamos a definir las combinaciones de carga, vamos a Define > Load
Combinations, apretamos en Add New Combo y definimos las combinaciones de carga que
queramos, por ejemplo, definimos
SismoY:
AGUA+AGUA_SY+ESTANQUE_SY+SELF+SUELO+SUELO_SY+WATER+WATER_SY
SismoX: Lo mismo pero con X
Lleno: AGUA+SELF
Vacio: SUELO+SELF+WATER
que son como los ms interesantes.
FIN