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• Johan Lujan Santos

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ETABS Programa de Análisis Tridimensional Extendido y diseño de Edificaciones

Ing. J.L.R.H/J.V.V. ([email protected])

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Introducción ETABS es un software integrado, completo para el modelado de estructuras de edificaciones para el Diseño como análisis estático, dinámico y No-lineal.

Al igual que el programa SAP2000, puede realizar análisis de estructuras complejas, pero la diferencia es que posee más opciones que nos permiten agilizar el proceso del modelado y diseño de edificaciones.

Características principales o

o

o

o

o

o

o

o o

o o o o o o

Cálculos automáticos de coordenadas de centro de masas y centros de rigidez. Calculo Automático de masas del edificio a partir de los casos de cargas elegidos. Optimizado para modelado de Edificios altos y de muchos niveles. Genera modelos complejos en 3D usando planta, elevación y vistas desarrolladas. Definición de las geometrías de modelos en forma rápida e intuitiva Cuenta con Extensas facilidades de análisis tridimensional. Modelaje rápido de múltiples pisos usando el concepto de pisos similares. Plantillas Automatizadas para estructuras típicas. Fácil edición, duplicando y generando elementos con comandos “Move”, “Merge” “mirror” , “Replicate” Multiples vistas ortográficas y en perspectiva con Acercamientos y referencia. Asignación de propiedades, cargas y apoyos en pantalla. Opciones Poderosas para agrupación selección y visualización de miembros. Opciones para cortar, Copiar y pegar. Niveles ilimitados de deshacer y rehacer. Importación y exportación de la geometría del modelo por DXF de Autocad.

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ENTORNO DEL ETABS 2013

Los archivos generados por el programa ETABS 2013 tienen extensión *.EDB, y adicionalmente se generan archivos diversos con el mismo nombre pero diferente extensión. Se pueden generar archivos de texto y hojas de cálculo con los datos ingresados y con los resultados de los análisis efectuados. Además, en algunos análisis puede ser necesario emplear archivos que proporcionan información adicional necesaria, que generalmente son archivos de texto. (*.txt)

Al grabar los archivos del programa y/o archivos adicionales (de texto) debe tenerse especial cuidado: de preferencia se debe asignar nombres cortos y emplear caracteres comunes (evitar la Ñ y acentos). Es importante que todos los archivos utilizados se encuentren en la misma carpeta.

Figura 1. Ventana del explorador mostrando la carpeta modelos

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Barra Principal

MENU DE COMANDOS

Nuevo Modelo Abrir modelo Existente

Barra de Herramientas

Barra de Estado

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Inicializando un modelo ⇒ File >

Utilizar valores Predeterminados Usar configuración de un Archivo Usar la configuración del Modelo con los valores Establecidos en la parte De abajo

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CONFIGURACION EN PLANTA

XY

Líneas en X Paralelas al Eje Y Líneas en Y Paralelas al Eje X Espaciamiento en X Espaciamiento en Y Etiqueta de Ejes Edición ejes con Distancias aleatorias

CONFIGURACION EN ELEVACION

Número de pisos Altura piso a partir del 2 nivel Altura piso 1 nivel

Edición altura entrepisos

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Plantillas predeterminadas

1. Steel Deck: Estructura de pórticos en Acero 2. Staggered Truss : Estructura de Acero utilizando armaduras espaciales 3. Flat Slab : Estructura de Concreto armado utilizando losas macizas sobre capiteles 4. Flat Slab with Perimeter Beams: Estructura de Concreto armado utilizando losas macizas sobre capiteles y vigas perimetrales. 5. Waffle Slab: Estructura de Concreto armado utilizando losas reticulares y capiteles. 6. Two Way or Ribbed Slab: Estructura de concreto armado con vigas en dos direcciones y losas nervadas.

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Lista general de Menú

A

B

C

D

E

pantalla

F

G

H

I

J

K

L

Ubicación de menús Desplegables

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M

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ETABS trabaja con cuatro unidades básicas: fuerza, longitud, temperatura y tiempo. El programa ofrece diferentes sets de unidades compatibles de fuerza, longitud y temperatura para elegir como ¨Kip, in, F¨ o ¨ N, mm, C¨. El tiempo siempre se mide en segundos. Se hace una distinción entre masa y peso. La masa se usa para calcular la inercia dinámica y para todas las cargas causadas por la aceleración del suelo. El peso es la fuerza cuando se especifiquen valores de peso, unidades de masa al especificar valores de masa. Luego de iniciado el modelo, se requiere un ajuste del set de unidades, estas se convierten en las unidades base. Aunque después el usuario puede cambiar dichas unidades. La medida angular siempre usa las siguientes unidades Geometría: La orientación de cortes, siempre se mide en grado. Los desplazamientos rotatorios: Se mide en radianes. La frecuencia: Se mide en ciclos / segundos (Hz).

U. Longitud U. Fuerza U. Temperat.

Unidades Sistema de Coordenadas Opción de selección y aplicación múltiple : Permite seleccionar, asignar y realizar cambios utilizando diferentes opciones tales como: One Story: Aplica sólo a un piso All Story: Aplica a todos los pisos del modelo. Similar Stories: Aplica a los pisos similares.

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad A. Inicialización de un modelo (File) Para acceder a la plantilla o modelos genéricos de análisis, guardar, importar y exportar, hacer click en el menú file.

Figura A. Menú File B. Edicion (Edit) Se utiliza para realizar los cambios al modelo se debe seleccionar previamente los objetos a editar. Para acceder a las operaciones de edición debemos, hacer click en el menú edit.

Figura B. Menú Edit

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Vista (View) Con este comando podemos generar vistas en perspectiva acceder a las herramientas de zoom, pan, anotación hacer click en menú View

Figura C. Menú View C. Definición (Define) Mediante el menú Define podemos definir los tipos de materiales, secciones, grupos tipos de cargas, funciones a utilizar en el análisis, combinaciones, etc. Hacer click en el menú Define

Figura D. Menú Define

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad D. Dibujo (Draw)Nos permite realizar el dibujo de los elementos estructurales hacer click en menú Draw

Figura E.

Menú Draw

E. Selección (Select) En esta lista de menú tenemos opciones para la selección de objetos sobre los cuales se realizara una acciones, hacer click en menú select.

Figura F. Menú Select F. Asignación (Assign) Nos permite asignar propiedades de cargas, objetos previamente seleccionados, restricciones a nudos, hacer click en menú Assign.

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Figura G. Menú Assign G. Análisis (Analyze) Después de haber construido el modelo en su totalidad, asignando geometría, materiales, secciones, cargas, casos de análisis, funciones de espectro; se puede calcular los desplazamientos, D.F.I., reacciones de la estructura, hacer click en menú Analyze.

Figura H. Menú Analyze H. Mostrar (Display) El menú Display nos permite visualizar las asignaciones de cargas en los objetos barra o área, hacer click en menú Display.

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Figura I. Menú Display I. Diseño (Design) En el menú diseño Etabs 2013 nos permite diseñar elementos, en concreto armado y acero. Éstos se realizan en función de los códigos previamente seleccionados, y mediante combinaciones seleccionadas, hacer click en menú Design.

Figura J. Menú Design

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad J. Detallado (Detailing) En el menú de detallado Etabs 2013 nos ofrece el detallado de los elementos estructurales, bosquejo de los planos, hacer click en menú Detailing.

Figura K. Menu Detailing K. Opciones (Options) Nos permite configurar unidades, tolerancias de dibujo entre elementos barra o área, color de fondo de ventana de trabajo, etc., hacer click en Menú Options

Figura I. Menú Options

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad L. Ayuda (Help) En el menú de ayuda el diseñador tiene acceso a los archivos de ayuda que trae el programa, acceso a la página web de la empresa que creo el programa, y la visualización de la versión del programa, hacer click en Menú Help.

Figura M. Menú Help

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EJEMPLO 1 – Modelo de un Edificio de 04 pisos. En la Figura siguiente se muestra el esquema estructural de un edificio de 04 niveles, H=2.65m.

Edificio de Pórticos y Placas de Concreto armado de 04 niveles. Sistema de techos consistente de losas aligeradas armadas en una dirección.

Material:

Concreto

E = 2,2x106 ton/m2 V = 0.15

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Las cargas a considerar para el edificio son:

Carga Muerta: -

Losa aligerada, h = 0.20 m. Piso terminado.

300 kg/m2. 100 kg/m2.

Carga Viva: -

Sobrecarga.

200 kg/m2.

Realice las combinaciones de carga siguientes:

CU1

=

1,4 CM + 1,7 CV

CU2x

=

1,25 CM + 1,25 CV + (FEXX) .CSx

CU2y

=

1,25 CM + 1,25 CV + (FEYY).CSy

CU3x

=

0,90 CM + (FEXX) CSx.

CU3y

=

0,90 CM + (FEYY).CSy

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Modelo Estructural

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DESARROLLO DEL EJEMPLO 1 Edición de Líneas Guía

File ~ New Model ~ use built-in settings with: ~ ok

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Definición de Materiales Define ~ Material Properties

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Definición de Secciones Define ~ Frame Sections

Columna

Columna

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Viga

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Definición de Muros Define ~ Section propertis / Wall section

Definición de Losa Define ~ Section propertis / Wall section

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Modelo de Análisis Dibujando los Muros En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar los muros mediante la herramienta: Draw ~ Draw Floor/ Wall Object... ~ Draw Walls (Plan)...

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Dibujando Columnas En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar columnas mediante la herramienta Draw ~ Draw Beam / Column/Brace Objects... ~ Quick Draw Columns (Plan, 3D)

Dibujando Vigas En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar vigas mediante la herramienta Draw ~ Draw Beam / Column/Brace Objects... ~ Draw Beam/Column/Brace (Plan, Elev, 3D)

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Dibujando Losas En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar losas mediante la herramienta Draw ~ Draw Floor/Wall Objects... ~ Draw Rectangular Floor/Wall (Plan, Elev)...

Replicando el primer siguientes niveles:

piso

ya

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modelado,

se

puede

completar

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los

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Select ~ All... Edit ~ Replicate...

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Definición de las Cargas a Aplicar al Modelo

Cargas de Gravedad Define ~ Load Patterns...

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EJEMPLO 2 – Modelo de un Edificio de 03 pisos de Pórticos y Albañilería. En la Figura siguiente se muestra el esquema estructural de un pabellón de un colegio de 03 niveles, H=3.00m.

Edificio de pórticos y muros de albañilería confinada de 03 niveles, ubicado en la costa sobre suelo flexible. El sistema de techos consistente de losas aligeradas armadas en una dirección.

Material:

Concreto

E = 2,2x106 ton/m2 V = 0.15

Material: Albañilería

E = 3.25x105 ton/m2 V = 0.25

Las cargas a considerar para el edificio son: Carga Muerta: - Losa aligerada, h = 0.20 m. - Piso terminado. Carga Viva:

300 kg/m2. 100 kg/m2.

- Sobrecarga en aulas - Sobrecargas en corredores Secciones: C1 – 25X55 cm

300 kg/m2. 400 kg/m2.

C3 – 25X90 cm

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DESARROLLO DEL EJEMPLO 2 Edición de Líneas Guía

File ~ New Model ~ use built-in settings with: ~ ok

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X Grid Data Grid ID

X Spacing

Visible

Bubble Loc

A

3.575

Yes

End

0.45

Yes

End

0.45

Yes

End

3.575

Yes

End

3.575

Yes

End

0.45

Yes

End

0.45

Yes

End

3.575

Yes

End

3.575

Yes

End

0.45

Yes

End

0.45

Yes

End

3.575

Yes

End

0

Yes

End

Grid ID

X Spacing

Visible

Bubble Loc

1

2.225

Yes

Start

2

0.425

Yes

Start

3.2

Yes

Start

4.05

Yes

Start

0.425

Yes

Start

0

Yes

Start

B

C

D

E

F

G

Y Grid Data

3

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Definición de Materiales Define ~ Material Properties

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Definición de Secciones Define ~ Frame Sections Columna

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Viga

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Definición de Muros Define ~ Section properties / Wall Section

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Definición de Losa Define ~ Section propertis / Wall section

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Modelo de Análisis Dibujando los Muros En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar los muros mediante la herramienta: Draw ~ Draw Floor/ Wall Object... ~ Draw Walls (Plan)...

Dibujando Columnas En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar columnas mediante la herramienta Draw ~ Draw Beam / Column/Brace Objects... ~ Quick Draw Columns (Plan, 3D)

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Dibujando Vigas En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar vigas mediante la herramienta herramienta Draw ~ Draw Beam / Column/Brace Objects... ~ Draw Beam/Column/Brace (Plan, Elev, 3D)

Dibujando Losas En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar losas mediante la herramienta Draw ~ Draw Floor/Wall Objects... ~ Draw Rectangular Floor/Wall (Plan, Elev)...

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Replicando el primer siguientes niveles:

piso

ya

modelado,

se

puede

completar

Select ~ All... Edit ~ Replicate...

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los

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Definición de las Cargas a Aplicar al Modelo

Cargas de Gravedad Define ~ Load Patterns...

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Cargas de las losas Seleccionamos las losas con: Select ~ Select/Properties/Slab Section… y seleccionar ALIGERADO20

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Asignamos la carga muerta:

Assign ~ Shell loads/ ~ Uniform...

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Asignamos la carga Viva:

Tenemos 3 tipos de cargas vivas, por lo tanto hay que seleccionar bien los elementos:

Aulas 300kg/m2

Corredores 400kg/m2

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Azotea 100 kg/m2.

Assign ~ Frame Loads ~ Distributed.. Para el peso de los parapetos se considero h=1.10m y tabiques de 0.25 para los perímetros y de 0.15 para los interiores, entonces se obtiene cargas de 0.4125t/m y 0.2475t/m respectivamente.

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Restricción en la Base Assign/Joint ~ Restraints

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Asignación de Diafragma A continuación se deberán asignar los diafragmas de entrepisos

Assign ~ Area/ Diaphragm...

Definición de Masas Se procederá a indicar a partir de qué cargas se calculará la masa para los procedimientos de análisis de cargas sísmicas.

Define ~ Mass Source...

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Analyze ~

Análisis Dinámico

Definición del Espectro de Pseudoaceleración

A partir de espectro:

las

indicaciones

de

la

Norma

Peruana,

se

define

Parámetros Generales

Factor de zona:

Z : 0,4 (Costa Peruana)

Factor de Suelo:

S : 1.40; Tp = 0,90 seg.

Factor de Importancia

U : 1,50 (Edificación Escencial)

Factores de Reducció R :

RX = 8,00 (Pórtico) RY =3,00 (muros albañilería)

Coeficiente sísmico C :

2,50 Para períodos menores a Tp 2,50 x(Tp/T) para períodos mayores a Tp

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el

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Define ~

Functions

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Ingresamos los valores de SC para un tipo de suelo S3, mediante el archivo SC3.txt

Define ~ Load Case

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Distorsiones (drifts) máximas de entrepiso

Display ~ Show Tables...

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Fuerzas Cortantes de piso

Display ~ Show tables... Analysis Results – Building Output – Building Output – Story Shears

Definición de las Combinaciones de Cargas A partir de las cargas combinaciones de diseño:

aplicadas

se

definieron

las

siguientes

Define ~ Load Combinations...

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Proceso Constructivo Para definir la secuencia constructiva se deberá emplear:

Define ~

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EJEMPLO 3 - Análisis por cargas de gravedad y cargas sísmicas de un edificio de muros de Ductilidad Limitada En la Figura siguiente se muestra la planta arquitectónica típica de un edificio de 05 niveles.

Figura 1 – Planta Arquitectónica del Piso Típico

El edificio cuenta con las siguientes características: -

Muros de concreto armado de 10 cm de espesor. Concreto en losas y muros: f’c = 175 kg/cm2. Losas macizas armadas en dos direcciones de 12 cm de espesor. Parapetos de concreto de 1.2 m de altura. Altura de piso a fondo de losa = 2.30 m. Ubicado en la costa, suelo flexible, destinado a vivienda multifamiliar.

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Figura 2 – Esquema estructural de planta

Las cargas a considerar para el edificio son: Carga Muerta: - Losa maciza, h = 0.12 m. - Piso terminado.

288 kg/m2. 100 kg/m2.

Carga Viva: - Piso Típico. - Azotea.

200 kg/m2. 100 kg/m2.

Realizar el análisis de cargas de gravedad y cargas sísmicas de acuerdo con los lineamientos de la Norma de Diseño Sismorresistente NTE.E030.

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DESARROLLO DEL EJEMPLO 3 Edición de Líneas Guía

File ~ New Model ~ use built-in settings with: ~ ok

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En el recuadro anterior se deben ingresar las coordenadas de las líneas guía para el modelo. Estas líneas guía corresponden a los ejes de muros y el inicio y el final de los muros. X Grid Data 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23

1

2

3 4 5

6

7

0.000 1.100 2.000 2.750 3.750 4.150 5.150 6.450 7.225 8.300 8.725 9.650 10.575 11.000 12.075 12.850 14.150 15.150 15.550 16.550 17.300 18.200 19.300

Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary

Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show

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Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Pagina 59

Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Y Grid Data 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

A

B C

D E

F

0.000 1.475 2.895 4.345 5.195 7.475 7.895 9.525 10.575 11.475 13.425 14.325 15.225 15.975 17.575

Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary

Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show

Left Left Left Left Left Left Left Left Left Left Left Left Left Left Left

También hay que proporcionar la información de pisos (Story).

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Definición de Materiales Define ~ Material Properties

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Definición de Secciones Define ~ Frame Sections

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Definición de Muros Define ~ Section Properties / Wall Sections

Definición de Losa Define ~ Section Properties / Slab Sections

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Modelo de Análisis Dibujando los Muros En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar los muros mediante la herramienta: Draw ~ Draw Floor/ Wall Object... ~ Draw Walls (Plan)...

Figura 3 – Vista en planta (izquierda) y 3d (derecha) del modelo estructural (muros)

Modelo de Análisis – Dibujando las Vigas.

En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar vigas mediante la herramienta herramienta Draw ~ Draw Beam / Column/Brace Objects... ~ Draw Beam/Column/Brace (Plan, Elev, 3D)

Figura 4 – Vista en planta (izquierda) y 3d (derecha) del modelo estructural (vigas) Ing. J.L.R.H./J.V.V. ([email protected]) Pagina 64

Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Select ~ By Line Object Type... ~ Beam Assign ~ Frame/Line ~ Frame Releases/Partial Fixity...

Modelo de Análisis – Dibujando las Losas. En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar las losas mediante las herramientas:

DraW ~ Draw Area Objects... ~ Draw Rectangular Areas (Plan, Elev).. DraW ~ Draw Area Objects... ~ Draw Areas (Plan, Elev, 3d)..

Figura 5 – Vista en planta (izquierda) y 3d (derecha) del modelo estructural (losas) Ing. J.L.R.H./J.V.V. ([email protected]) Pagina 65

Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Replicando el primer siguientes niveles:

piso

ya

modelado,

se

puede

completar

Select ~ All... Edit ~ Replicate...

Figura 6 – Vista en planta (izquierda) y 3d (derecha) del modelo estructural Ing. J.L.R.H./J.V.V. ([email protected])

Pagina 66

los

Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Definición de las Cargas a Aplicar al Modelo

Cargas de Gravedad Define ~ Load Patterns...

Para poder seleccionar las losas a las que se les aplicará las cargas de gravedad, se empleará:

View ~ Set display Options

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Asignamos la carga muerta:

Assign ~ Shell loads/ ~ Uniform...

En la azotea:

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Figura 7 – Asignación de cargas en losas del piso típico: carga muerta (izquierda) y viva (derecha)

Cargas en tabiques y parapetos

Assign ~ Frame Loads ~ Distributed...

Mediante esta herramienta se asignan las cargas correspondientes a los parapetos (CM = 288 kgf/m)

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Figura 8 – Asignación de cargas en vigas del piso típico: carga muerta

Edición del Modelo Se procederá a identificar cada muro como una pila (Pier Labels) de manera de tener las fuerzas internas calculadas (integradas matemáticamente) de estos elementos como si se trataran de barras. Para poder seleccionar muros en todos los niveles, se empleará:

View ~ Set Display Options

Select ~ All... View ~ Set 3D View

Ing. J.L.R.H./J.V.V. ([email protected])

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad En una vista en planta se seleccionarán los muros a los que se les asignará los nombres de pila (pier label)

Assign ~ Shell/Area ~ Pier Label...

M12A

M13A

M14A

M09A M15 M10A

M05A

M01A

M11A

M06A M07A

M02A

M03A

M08A

M04A

Figura 9 – Asignación de nombres de pila para los elementos tipo wall

Ing. J.L.R.H./J.V.V. ([email protected])

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Asignación de Diafragma A continuación se deberán asignar los diafragmas de entrepisos

Assign ~ Shell/ Diaphragm...

Figura 10 – Asignación de diafragmas rígidos

Edición del Modelo Definición de Masas Se procederá a indicar a partir de qué cargas se calculará la masa para los procedimientos de análisis de cargas sísmicas.

Define ~ Mass Source...

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Analyze ~ Set active Degrees of Freedom…

Edición del Análisis Modal

Define ~ Modal Case

Ing. J.L.R.H./J.V.V. ([email protected])

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Análisis Dinámico Definición del Espectro de Pseudoaceleración A partir de las indicaciones de la Norma Peruana, se define el espectro: Parámetros Generales Factor de zona, Z Factor de Suelo, S Factor de Importancia, U Factores de Reducción, R Coeficiente sísmico, C

: 0,4 : 1.40; : 1,00 : RX = ¾ (4) = 3,00 RY = ¾ (4) = 3,00 : 2,50; : 2,50 x (Tp/T)

(Costa Peruana) Tp = 0,90 seg. (Edificación Común) (muros de ductilidad limitada *) (muros de ductilidad limitada *) para períodos menores a Tp para períodos mayores a Tp (* Considerado como una estructura irregular)

Define ~ Functions ~ Response Spectrum

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Define ~ Load Cases

Ing. J.L.R.H./J.V.V. ([email protected])

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Combinaciones de Cargas Definición de las Combinaciones de Cargas A partir de las cargas combinaciones de diseño:

aplicadas

se

definieron

las

siguientes

Define ~ Load Combinations...

CU1

=

1,4 CM + 1,7 CV

CU2x

=

1,25 CM + 1,25 CV + CSx

CU2y

=

1,25 CM + 1,25 CV + CSy

CU3x

=

0,90 CM + CSx

CU3y

=

0,90 CM + CSy

NOTA: de acuerdo con la comparación entre el análisis estático y dinámico se determinará el factor de escala por el que hay que multiplicar los casos de carga sísmica (CSx y CSy) Proceso Constructivo Ing. J.L.R.H./J.V.V. ([email protected])

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Para definir la secuencia constructiva se deberá emplear:

Define ~ Add Sequential Construction Case...

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad EJEMPLO 4 - Análisis por Cargas de Gravedad y Cargas Sísmicas de un Edificio de Placas y Pórticos de Concreto Armado En la Figura siguiente se muestra la planta arquitectónica típica de un edificio de oficinas de 06 niveles.

Figura 1 – Planta Arquitectónica del Piso Típico

El edificio cuenta con las siguientes características: -

Placas de concreto armado de 25 cm de espesor. Concreto en columnas, vigas, losas y placas: f’c = 210 kg/cm2. Losas aligeradas armadas en una dirección, de 17 cm y losas macizas armadas en dos direcciones de 15 cm de espesor. Parapetos de concreto de 1.2 m de altura y 0.10 m de espesor. Altura de piso a piso = 2.65 m. Ubicado en la costa, suelo flexible, destinado a oficinas. Vigas de sección rectangular de 25 x 50 cm.

En la siguiente Figura se muestra el esquema estructural de acuerdo con las columnas y placas de concreto armado propuestas.

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Figura 2 – Esquema estructural de planta

Las cargas a considerar para el edificio son: Carga -

Muerta: Losa aligerada, h = 0.17 m. Losa maciza, h = 0.15 m. Piso terminado.

Carga Viva: - Piso Típico. - Azotea.

280 kg/m2. 360 kg/m2. 100 kg/m2. 300 kg/m2. 100 kg/m2.

Realizar el análisis, diseño y detalle (Detailing) estructural de acuerdo con los lineamientos de la Norma Peruana NTE.E030.

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DESARROLLO DEL EJEMPLO 4 Edición de Líneas Guía

File ~ New Model ~ Use Settings from a Model File… Seleccionar un archivo *EDB que contenga props. Secc., espectros, etc.

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad En el recuadro anterior se deben ingresar las coordenadas de las líneas guía para el modelo. Estas líneas guía corresponden a los ejes de muros y el inicio y el final de los muros. X Grid Data 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0.000 1.200 7.575 10.050 11.375 12.725 15.525 16.675 17.825 19.150 21.825 28.500 29.700

Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary

Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show

Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top Top

0.000 2.250 3.725 5.100 6.300 8.025 8.600 11.175 12.650 14.900

Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary Primary

Show Show Show Show Show Show Show Show Show Show

Left Left Left Left Left Left Left Left Left Left

Y Grid Data 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

A B

C D E

También hay que proporcionar la información de pisos (Story).

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Definición de Características de los Materiales

Define ~ Material Properties...

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Definición de las Propiedades Geométricas de las Secciones de Barras

Define ~ Section Properties ~ Frame Sections...

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Definición de las Propiedades Geométricas de las Secciones de Placas y de Losas

Define ~ Section Properties ~ Wall Sections

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Define ~ Section Properties ~ Slab Sections

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Modelo de Análisis – Dibujando los Muros. En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar los muros mediante la herramienta:

Draw ~ Draw Floor/Wall Objects... ~ Draw Walls (Plan)...

Figura 3 – Vista en planta del modelo estructural (solo muros)

Modelo de Análisis – Dibujando las Vigas y Columnas. En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar las vigas mediante la herramienta:

Draw ~Draw Beam/Column/Brace Objects...~Draw Beam…(Plan,Elev,3D)... En una vista de planta del primer columnas mediante la herramienta:

piso

se

procederá

a

dibujar

las

Draw ~Draw Beam/Column/Brace Objects...~Quick Draw Columns…(Plan,3D)...

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Figura 4 – Vista en planta del modelo estructural (vigas)

Asignación de brazos rígidos en vigas

Select ~ By Object Type... ~ Beam Assign ~ Frame/Line ~ End (Length) Offset...

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Modelo de Análisis – Dibujando las Losas. En una vista de planta del primer piso se procederá a dibujar las losas mediante las herramientas:

Draw ~ Draw Elev)..

Floor/Wall

Objects...~Draw

Rectangular

Floor/Wall

(Plan,

Draw ~ Draw Floor/Wall Objects...~Draw Floor/Wall (Plan, Elev, 3D)..

Figura 5 – Vista en planta del modelo estructural (losas)

Edición del Modelo Replicando el primer piso ya modelado, se puede completar los siguientes niveles:

Select ~ Select All... Edit ~ Replicate...

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Figura 6 – Vista en planta (izquierda) y 3d (derecha) del modelo estructural

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Definición de las Cargas a Aplicar al Modelo Cargas de Gravedad

Define ~ Load Patterns...

Para poder seleccionar las losas (de manera aislada) a las que se les aplicará las cargas de gravedad. Se recomienda el comando de visualización que permite ocultar algunos elementos estructurales:

View ~ Set Display Options...

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Aplicación de las cargas de gravedad

Assign ~ Shell Loads ~ Uniform...

En la losa maciza

En losas tipicas

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad En la azotea:

Figura 7 – Asignación de cargas en losas del piso típico: carga muerta (izquierda) y carga viva (derecha)

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Figura 8 – Asignación de cargas en losas de la azotea: carga muerta (izquierda) y viva (derecha)

Cargas en tabiques y parapetos

Assign ~ Frame Loads ~ Distributed...

Mediante esta herramienta se asignan las cargas correspondientes a los parapetos (CM = 288 kgf/m)

Ing. J.L.R.H./J.V.V. ([email protected])

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Figura 9 – Asignación de cargas en vigas del piso típico: parapetos.

Edición del Modelo Se procederá a identificar cada muro como una pila (Pier Label) de manera de tener las fuerzas internas de estos elementos. Para poder seleccionar muros en todos los niveles, se empleará:

View ~ Set Display Options...

Ing. J.L.R.H./J.V.V. ([email protected])

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad En una vista en planta y con el modo de edición en “All Stories” se seleccionarán los muros a los que se les asignarán los nombres de pila (pier label).

Assign ~ Shell/Area ~ Pier Label...

Figura 10 – Asignación de nombres de pila (Pier Label) a los muros

Por simetría se han elementos simétricos.

colocado

nombres

de

pila

similares

(A

y

B)

Asignación de diafragmas de entrepisos

Assign ~ Shell ~ Diaphragms...

Figura 12 – Asignación de diafragmas rígidos

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a

Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Definición de Masas Se procederá a indicar a partir de qué cargas se calculará la masa para los procedimientos de análisis de cargas sísmicas.

Define ~ Mass Source...

Analyze ~ Set Active Degrees of Freedom...

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Análisis Dinámico Definición del Espectro de Pseudoaceleración A partir de las indicaciones de la Norma Peruana, se define el espectro: Parámetros Generales Factor de zona, Z Factor de Suelo, S Factor de Importancia, U Factores de Reducción, R Coeficiente sísmico, C

: 0,4 : 1.40; : 1,00 : RX = ¾ (6) = 4,50 RY = ¾ (6) = 4,50 : 2,50; : 2,50 x (Tp/T)

(Costa Peruana) Tp = 0,90 seg. (Edificación Común) (placas de concreto armado *) (placas de concreto armado *) para períodos menores a Tp para períodos mayores a Tp (* Considerado como una estructura irregular)

Define ~ Response Spectrum Functions...

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Define ~ Load Cases... Add New Case Load Case Type = “Response Spectrum”

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Combinaciones de Cargas Definición de las Combinaciones de Cargas A partir de las cargas combinaciones de diseño:

aplicadas

se

definieron

las

siguientes

Define ~ Load Combinations...

CU1

=

1,4 CM + 1,7 CV

CU2x

=

1,25 CM + 1,25 CV + (FEXX) .CSx

CU2y

=

1,25 CM + 1,25 CV + (FEYY).CSy

CU3x

=

0,90 CM + (FEXX) CSx.

CU3y

=

0,90 CM + (FEYY).CSy

NOTA: de acuerdo con la comparación entre el análisis estático y dinámico se determinará el factor de escala por el que hay que multiplicar los casos de carga sísmica (CSx y CSy) División (interna) de todos los muros Para una mejor predicción de los esfuerzos se recomienda dividir internamente todos los muros (Object Wall) con elementos finitos rectangulares de lados no mayores a 1m. En los pisos no es necesaria hacer esta división.

Select ~ Select ~ Object Type ~ Walls... Assign ~ Shell ~ Wall Auto Mesh Options ...

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Proceso Constructivo Para definir la secuencia constructiva se deberá emplear:

Define ~ Add Construction Sequence Case...

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Pagina 101

Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Manejo de Resultados Los resultados del análisis del edificio se pueden visualizar en pantalla o mostrarlos en hojas de cálculo. Desplazamientos de los Centros de Masa Se recomienda cambiar temporalmente las unidades a ton-cm

Display ~ Show Tables...

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Pagina 102

Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad ~ Export To Excel... Cortante Basal en el Edificio Los resultados de cortante basal para los casos de carga dinámica para el edificio son:

Display ~ Show Tables...

Se muestran las fuerzas en el edificio en el primer piso: VdinXX = 556.79 ton VdinYY = 593.77 ton Fuerzas Internas en las Placas Para obtener las fuerzas internas en las placas se seleccionan estos elementos:

Select ~ Label ~ Pier Label... Se escogen las pilas que se van a diseñar:

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Pagina 103

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Display ~ Show Tables...

Los resultados de fuerzas internas de las placas se copian a una hoja de excel y se editan para realizar los procedimientos de diseño.

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Verificación del Cortante Basal Primero se obtienen las masas en cada piso del edificio para calcular el cortante basal estático:

Display show tables ~ Model ~ Structure Data Mass Summary ~ Mass Summary By Story Las masas del edificio se copian a un archivo de Excel para poder estimar El cortante basal estático. Story PISO-06 PISO-05 PISO-04 PISO-03 PISO-02 PISO-01

Diaphragm T6 T5 T4 T3 T2 T1

MassX 29.5758 43.1256 43.2813 43.2813 43.2813 44.9165

Peso Total

2427.6 ton

MassY 29.5758 43.1256 43.2813 43.2813 43.2813 44.9165

MMI 3278.55 4413.60 4413.60 4413.60 4413.60 4584.67

XM 14.838 14.853 14.861 14.861 14.861 14.881

YM 7.685 7.708 7.707 7.707 7.707 7.714

El cortante en la base para ambas direcciones se ha estimado en: Vest = 755.25 ton. Como la estructura es irregular, el Vdín debe ser mayor o igual al 90 % del cortante estático. 90 % Vest = 679.73 ton. Los cortantes dinámicos en el primer piso son: VdinXX = 556.79 ton VdinYY = 593.77 ton Por lo que los factores de escala que se deben emplear son: F.E. XX = 1.22 F.E. YY = 1.14

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Diseño y Detallado de Elementos Estructurales

Design ~ Concrete Frame Design ~ View/Revise Preferences

Design ~ Concrete Frame Design ~ Select Design Combinations

Design ~ Concrete Frame Design ~ Start Design/Check

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Design ~ Shear Wall Design ~ View/Revise Preferences

Design ~ Shear Wall Design ~ Select Design Combinations

Design ~ Shear Wall Design ~ Start Design/Check

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad Detailing ~ Start Detailing

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad EXAMEN FINAL

Nombre:_________________________________________________________ E-mail: __________________________________________________________ En la Figura siguiente se muestra el esquema estructural de un edificio de 02 niveles.

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Colegio de Ingenieros del Perú Filial La Libertad El edificio es de albañilería confinada de 02 niveles. Las columnas de confinamiento son C1 de 15cmx25cm. El sistema de techos consiste en losas aligeradas armadas en una dirección de 20cm de espesor. El sistema de vigas corresponde a vigas chatas VCH1 de 25cmx20cm. Material:

Concreto Albañilería

E V E V

= = = =

2,2x106 ton/m2 0.15 2,25x105 ton/m2 0.25

Las cargas a considerar para el edificio son: Carga Muerta: - Losa aligerada, h = 0.20 m. - Piso terminado.

300 kg/m2. 100 kg/m2.

Carga Viva: - Sobrecarga.

200 kg/m2.

Realice el análisis sísmico espectral en ambas direcciones (calcular las distorsiones o derivas de entrepiso) siguiendo los lineamientos de la norma NTE.E030 y considerando los siguientes parámetros sísmicos: Factor de zona, Z Factor de Suelo, S Factor de Importancia, U Factores de Reducción, R Coeficiente sísmico, C

: 0.40 : 1.40 : 1.00 : Rx = 3 Ry = 3 : 2.50; : 2.50 x (Tp/T)

(Costa Peruana) Tp = 0,90 seg. (Edificación Común) (muros de albañilería confinada) (muros de albañilería confinada) para períodos menores a Tp para períodos mayores a Tp

Puede utilizar los manuales de las clases anteriores. El modelo final debe ser publicado en el Campus Virtual, y si es necesario, con algunas hojas en Excel para justificar los cálculos de la distorsión máxima de entrepiso y fuerza cortante basal.

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