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MANUAL DE ETABS 2013 – EDIFICACION DE 5 PISOS PROGRMACIÓN DIGITAL APLICADA

DESCRIPCIÓN BREVE Descripción paso a paso del modelamiento de un edificio de 5 pisos usando el programa ETABS2013

CESAR EDUARDO CHICLAYO HERRERA

DOCENTE : ING. OVIDIO SERRANO ZELADA

MANUAL DE ETABS 2013 – EDIFICACION DE 5 PISOS

PROGRAMACION DIGITAL APLICADA

Contenido 1.

CONSIDERACIONES INICIALES .................................................................................................................... 2 a.

DATOS INICIALES ......................................................................................................................................... 2

b.

PLANOS Y ESQUEMA DE CÁLCULO......................................................................................................... 3

c.

ESPECTRO SÍSMICO DE DISEÑO. ............................................................................................................. 7

2.

DEFINICIONES .................................................................................................................................................. 11 a.

Ejes y Niveles................................................................................................................................................. 12

b.

Materiales ....................................................................................................................................................... 16

c.

Secciones para Columnas y Vigas ......................................................................................................... 19

d.

Secciones para Muros Estructurales y Losas ................................................................................... 23

e.

Casos para Cargas Estáticas .................................................................................................................... 25

f.

Casos para Cargas Laterales de Sismo – Fuerzas Estáticas Equivalentes ............................ 26

g.

Espectro de Respuesta Inelástico ......................................................................................................... 28

h.

Caso para Análisis Dinámico por Cargas de Sismo – Método del espectro de Diseño .... 29

i.

Cálculo de la Masa para el Análisis Dinámico por Cargas de Sismo ....................................... 31

3.

DIBUJO DEL MODELO .................................................................................................................................... 32 a.

4.

Dibujo de Objetos Line .............................................................................................................................. 32 CARGAS, RESTRICCIONES ........................................................................................................................... 43

a.

Asignación de Cargas ................................................................................................................................. 43

b.

Asignación de Restricciones ................................................................................................................... 52

c.

Asignación de Diafragmas Rígidos ....................................................................................................... 52

5.

ANÁLISIS Y REVISIÓN DE RESULTADOS ............................................................................................... 55 a.

Análisis del Modelo ..................................................................................................................................... 55

b.

veririficación de derivas ........................................................................................................................... 58

6.

DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO.......................................................................... 59 a.

configuración del modulo de diseño en concreto armado ......................................................... 59

b.

DISEÑO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO ................................................................................... 62

c.

DISEÑO DE columnas DE CONCRETO ARMADO ............................................................................ 63

d.

DISEÑO DE muros estructurales DE CONCRETO ARMADO....................................................... 72

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1. CONSIDERACIONES INICIALES El ETABS (Extended Three Dimensional Analysis of Building Systems), es un programa para el Análisis y Cálculo Estructural por Elementos Finitos que permite el diseño de elementos de concreto armado y diseño de elementos de acero. Los elementos de concreto armado que podemos diseñar pueden ser columnas, vigas y muros estructurales. No tiene un módulo de diseño para las losas de entrepisos, tampoco para el diseño de cimentaciones. Este texto se desarrolló para que sirva como material de estudio al Curso: Programación Digital Aplicada, por lo que no se ahondará en conceptos teóricos sobre el cálculo de estructuras, sino el desarrollo paso a paso de un modelo que consiste en un edificio de concreto armado de cinco niveles, indicando el uso de menús, íconos y comandos del ETABS. En dicho modelo se presenta el empleo de elementos verticales como columnas y muros estructurales, y elementos horizontales como vigas y losas; de esta manera se cubrirá la mayoría de elementos estructurales de concreto armado que se pueden presentar en un edificio. a. DATOS INICIALES CONFIGURACIÓN ESTRUCTURAL:

Tiene una configuración regular en planta, para evitar irregularidad geométrica vertical o por discontinuidad en los sistemas resistentes, los elementos estructurales verticales (columnas y muros estructurales), se modelarán sin cambio de sección en toda la altura del edificio. Los elementos de accesibilidad vertical, como escaleras o ascensores, se han tomado en cuenta en el modelo.

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SISTEMA ESTRUCTURAL

Se definió como un Sistema Estructural de Concreto Armado Mixto (pórticos + muros estructurales). RESUMEN DE ELEMENTOS DE CONCRETO SISTEMA ESTRUCTUAL

Sistema de Concreto Armado Mixto

COLUMNAS

Concreto Reforzado, f’c = 210 Kg/cm2.

VIGAS:

Concreto Reforzado, f’c = 210 Kg/cm2.

LOSAS MACIZA

e = 0.15m : Concreto Reforzado, f’c = 210 Kg/cm2 Grado 60

ACERO:

fy= 4200 Kg/cm2.

RESUMEN DE CARGAS – REFERENCIA DE NORMA E.020 ENTREPISOS

200 Kg/cm2 (Norma E.020 – Cargas)

AZOTEAS

100 Kg/cm2 (Norma E.020 – Cargas)

TABIQUERIA EQUIVALENTE

150 Kg/cm2

CARGAS VIVAS CARGAS MUERTAS

ACABADOS

100 /cm2

b. PLANOS Y ESQUEMA DE CÁLCULO

Se presentan a continuación los esquemas en planta y elevaciones que nos servirán para el dibujo del modelo.

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DICHA PLANTA ES TIPICA PARA TODOS LOS PISOS. LOS MUROS DE AZUL SON TABIQUERIA PARA SEPARAR AMBIENTES. ENTRARAN EN EL MODELO COMO TABIQUERIA EQUIVALENTE

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Proyecciòn techo escalera

NTT + 14.28

2.80

NTT + 14.00

COMEDOR

NPT + 5.70

COCINA

NPT + 5.70

COMEDOR

NPT + 5.70

COCINA

NPT + 5.70

COMEDOR

NPT + 5.70

COCINA

NPT + 5.70

COMEDOR

NPT + 5.70

COCINA

NPT + 5.70

NPT + 5.70

COMEDOR

NPT + 5.70

COCINA

NPT + 3.00

NPT + 3.00

COMEDOR

NPT + 3.00

COCINA

NPT + 0.30

NPT + 0.30

COMEDOR

NPT + 0.30

COCINA

2.80

NPT + 5.70

COMEDOR

NPT + 5.70

COCINA

2.80

11 12 1 2 10 3 9 4 8 7 6 5

COMEDOR

NPT + 3.00

COCINA

2.80

11 12 1 2 10 3 9 4 8 7 6 5

COMEDOR

NPT + 0.30

COCINA

3.00

11 12 1 2 10 3 9 4 8 7 6 5

CORTE A - A' ESC. 1/100

EL CORTE SOLO SERA PARA REFERENCIA DE ALTURAS. PUES LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES LA MODIFICARAN EN CUANDO A ESPACIAMIENTOS EN PLANTA DIMENSIONES: COLUMNAS

0.35 x 0.35 m

VIGAS EN DIRECCION X

0.25 x 0.35 m

VIGAS EN DIRECCION Y

0.30 x 0.50 m

MUROS

e = 0.25m (Todas)

LOSA MACIZA

e = 0.15m

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c. ESPECTRO SÍSMICO DE DISEÑO.

Para realizar el Análisis Sísmico Dinámico se usará el Método del Espectro de Diseño. Se trabajará de acuerdo a la Norma Técnica de Edificación E-030 DISEÑO SISMORESISTENTE del Perú. El espectro de diseño de la NTE E-030, se resumen según la fórmula siguiente:

El procedimiento consiste en ir tabulando valores de los periodos versus la aceleración espectral (Sa). El intervalo entre periodos se acrecienta a medida que se tomanlos valores, desde 0.01s incrementanto de 0.1s para finalmente tener intervalos de 1 s desde un periodo inicial de T = 0 s hasta T= 10 s. Con intervalos pequeños a lo largo de la serie de datos sólo se conseguiría tener errores o truncamientos en la interpretación del espectro, por el programa. Los parámetros y condiciones para obtener los valores de la aceleración espectral que se mencionan en la norma NTE E-030, son los siguientes: 

Parámetro de Sitio: Zona 3 de riesgo sísmico, tendrá una aceleración de 0.4,este valor

es la aceleración máxima del terreno con una probabilidad de 10% de ser excedida en 50 años. Z=0.4

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

Condiciones Geotécnicas: Se asume según un estudio de suelos. Perfil Tipo S3



Categoría de la Edificación: Se categoriza como Edificación Esencial (C), con el factor U

de 1.0.

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Sistema Estructural: De acuerdo a los elementos estructurales que se usarán,

pertenece al Sistema Estructural Dual de Concreto Armado de Pórticos, cuyo Coeficiente de Reducción Sísmica es R=7. Posteriormente este valor se podrá ajustar conociendo el porcentaje de la cortante basal que actúa en los pórticos y en los muros estructurales.

La planta del edificio muestra una irregularidad estructural por ESQUINAS ENTRANTES:

ENTONCES EL Ri = 0.75 * 7 = 5.25

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2. DEFINICIONES En este capítulo se estudiará el menú “Define”, que permite crear las diversas ecciones a usar, espesores de losas y muros estructurales, materiales, casos de carga, espectro de respuesta, combinaciones de carga. Se inicia el Etabs, y se tendrá acceso a la ventana principal del programa.

Procedemos a crear un nuevo modelo, usamos el menú “File/New_Model”, o la combinación de teclas “Ctrl+N”. Se deben de definir en el nuevo modelo, ya que elEtabs cada vez que abre el archivo o realiza un análisis, automáticamente cambia a las unidades con que inicialmente se creó.

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a. EJES Y NIVELES

“Grid Dimensions (Plan)”: En la dirección “X” y “Y” tenemos 4 y 6 ejes respectivamente, estos valores los ingresamos en “Number Grid lines in X Direction” y “Number Grid lines in Y Direction”. El espaciamiento en ambas direcciones los dejamos en ocho, luego podemos editar a sus respectivas distancias. Luego seleccionamos “Custom Grid Spacing”.

“Story Dimensions”: El número de niveles lo especificamos en “Number of Stories”,en nuestro caso cinco. En “Typical Story Height” ingresamos el valor de (2.8), que es la altura que más presenta en los niveles superiores. En “Bottom Story Height” escribimos el valor de la altura del primer nivel (3m). Ya que esas son las alturas no es necesario abrir el editor de alturas.

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Seleccionamos Custom Grid Spacing. Y damos “Edit Grid Data.” Modificamos de acuerdo a la planta con los espaciamientos para eso seleccionamos “Display Grid Data as Spacing”. Ademas en “ADD STUCTURAL OBJECTS” seleccionamos “Grid Only”.

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Corresponde agregar un eje adicional tanto en eje X como en el Y, pero invisible para ubicar el muro de ascensor posteriormente, para luego diseñarlo.

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Se agrega dichos ejes pero invisibles.

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b. MATERIALES

El Etabs trae por defecto materiales de acuerdo a sus módulos de diseño, se pueden configurar otros materiales conociendo sus propiedades. Para configurar un material ingresamos por el menú “Define/Materials Properties”. En el cuadro “Define Materials” seleccionamos “CONC” (concreto) y hacemos click en el botón “Add New Material”

Para agregar como material un concreto pero que tenga como propiedad una resistencia a la compresión igual de 210 Kg/cm2. Usaremos las propiedades pre-cargadas del concreto 3000 psi que es equivalente a 210 Kg/cm2

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Las propiedades que se necesitan modificar esta encerradas en rectángulo. Nombre : “CONC 210”

- Dar nombre de

preferencia Densidad : 2.4 Tn/m2- Ref. E.020 - Cargas Modulo de Elasticidad (E) :

Luego modificar resistencia a la compresión, como las unidades están en Tn/m2, la resistencia seria 2100 Tn/m2.

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PROGRAMACION DIGITAL APLICADA Para ello seleccionamos “Modify/ Show Material Property Desing Data..”

Para definir el acero grado 60, modificamos la propiedad, de esta solo editaremos el nombre. Luego dar clic a la opción encerrada en la imagen.

El resto de propiedades dejar según el precargado del ETABS.

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c. SECCIONES PARA COLUMNAS Y VIGAS

Una vez que se ha definido un nuevo material, procedemos a definir las secciones que usaremos en el modelo, como son las columnas y las vigas. El Etabs nos permite definir estos elementos con objetos “Frame”. En el modelo a dibujar tenemos 1 tipo de columnas, procederemos a definir la columna “C0.35x0.35”. Ingresamos por el menú “Define/Sección Properties/Frame Sections”, una vez en el cuadro “Frame Properties” en la sección “Click To”, en la segunda lista buscamos y seleccionamos “Add New Properties”, luego dar clic en la Seccion Rectangular de Concreto.

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En esta ventana, modificar de acuerdo a foto y luego dar click a “Modify/Show Rebar…”

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En esta ventana, Verificar en el recuadro “Design Type” que se tomo como Columna, para ello debe estar marcada la opción “P-M2-M3 Design (Column)” Ademas los Estribos serán rectangulares. Llenar según imagen, en cuanto al diseño del elemento, seleccionar “Reinforcement to be Designed” para que el programa asigne aceros según su calculo. La opción “Reinforcement to Checked” es para que verifique los aceros asignados por el usuario.

Para definir las vigas, será similar a columnas con la diferencia que en el recuadro de Design Type se marca “M3 Design Only (Beam)”

Se modifica de acuerdo a imagen las dimensiones y nombre.

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Luego modificar “Property Modifiers” para eso dar click en “Modify/Show Modifiers…” Se ve que en vigas se ignora la torción. Moficar a 0 en la opción de la imagen marcada.

En la opción “Modify / Show Rebar…”, modifcar el tipo de diseño según imagen.

Similar será para la sección de viga “V30x50”

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d. SECCIONES PARA MUROS ESTRUCTURALES Y LOSAS Definiremos dos tipos de secciones para usar en este modelo, uno será para los muros estructurales que tienen un espesor de 0.25 m y el otro para modelar la losa maciza de los entrepisos que tiene un espesor de 0.15 m. Para definir los muros estructurales usar Usar la opción “Define/Section Properties / Wall Sections…”. Luego definimos una nueva sección en “Add

New Property…”.

Modificar imagen:

de

acuerdo

a

En el tipo de material, además en “Modeling Type” verificar la opción Shell Thin que es para muros delgados. En Thickness dar 0.25m que es el espesor de muro. Adicionalmente modificar el nombre y el color.

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Para definir la losa maciza: Usar la opción “Define/Section Properties / Slab Sections…”. Luego definimos una nueva sección en “Add New Property…”.

Modificar de acuerdo a imagen: En el tipo de material, además en “Modeling Type” verificar la opción Membrane que es para modelar losas En Thickness dar 0.15m que es el espesor de la losa. Adicionalmente modificar el nombre y el color.

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CASOS PARA CARGAS ESTÁTICAS

Las cargas por peso propio de los elementos estructurales que aportan rigidez al sistema, acabados, tabiquería equivalente, sobrecargas, según las normas de diseño se combinan con factores de mayoración. Es la razón para que se tengan distintos casos de carga. Para definir los casos de carga ingresamos por el menú “Define/Load Patterns…”. Por defecto el programa define dos tipos de carga: “DEAD” en donde se acumularán todas las cargas provenientes de los elementos estructurales que se pueden dibujar en el Etabs, “LIVE” que nos servirá para las sobrecargas.

En el cuadro “Define Load Patterns”, vemos que los casos de carga se organizan con tipos. El valor que se debe de ingresar en la columna “Self Weight Multiplier” para el caso “DEAD” es uno, esto indicará al programa que en dicho caso de carga se ingresen los pesos de los elementos estructurales que se puedan dibujar, si consideramos en el caso de cargas “LIVE” un valor de uno el programa en dicho caso entregará el peso de los elementos estructurales, es la razón por la que sólo un caso de carga debe de ser asignado con un valor de uno (100% del peso de los elementos), de lo contrario se estaría duplicando el peso.

Además de los casos que entrega el ETABS por defecto, debemos de definir dos casos más de carga viva, usados para hacer la alternancia de carga viva sobre la losa en dameros. Es asi que se definirá el Live1= Primera alternancia (La alternancia será para los pisos del 1° al 4°, pues en 5° se agregara toda la carga sin alternar). Para el Live2 = Segunda

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Alternancia (Las losas no cargadas en el Live1 del 1° al 4° piso se cargan, de igual forma toda la azotea de carga)

f.

CASOS PARA CARGAS LATERALES DE SISMO – FUERZAS ESTÁTICAS EQUIVALENTES

Para el método de Fuerzas Horizontales Equivalentes definimos dos casos de carga (Sismo en cada dirección sin excentricidad), cabe resaltar que la fuerza sísmica actúa con excentricidad la cual puede ser positiva o negativa, para cada dirección de análisis se tendrán dos casos. De igual manera que para los casos de cargas muertas y sobrecargas en azoteas, primero ingresamos un nombre el primero lo llamaremos “SX”, en “Type” elegimos “SEISMIC”, al elegir este tipo que es una carga lateral, se nos desbloquea la columna “Auto Lateral Load” y seleccionamos “User Coeficients”.

Luego click en para añadir el caso de sismo en la dirección “X” sin excentricidad. Hacemos click en para poder editar este caso de carga. En el cuadro “Seismic Load Patterns”, elegimos en la sección “Direction and Eccentricity”; en “X Dir”; en la sección “Factors”, en “Base Shear

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Coeficient, C” ingresamos el valor pico de la aceleración, que para nuestro caso es 0.2667g (Ver imagen de espectro, se ubica el valor de “Sa” en periodo de la estructura esto es = Nivel de Piso Terminado del Ultimo Piso/Ct . para edificios duales Ct es 45, esto equivaldría a 0.32 s , para dicho periodo de la estructura el valor de Sa es 0.2667), el valor de “Build Height Exp. K” lo dejamos en uno ya que la distribución de las fuerzas sísmicas tendrá una variación lineal. Hacemos click en y habremos editado el primero de los casos sísmicos para el análisis estático. La distribución de las fuerzas en los entrepisos y el valor de “K” se pueden apreciar en la siguiente figura:

Modificar de acuerdo a figura. Similar sera para la dirección Y, agregar un nuevo caso llamado “Sy” , modifcar en Direction and Excentricity “Y Dir” y el coeficiente C equivale a 0.2667g

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g. ESPECTRO DE RESPUESTA INELÁSTICO El paso previo a generar los casos de carga para un análisis dinámico por fuerzas En la sección 1.C, se obtuvo el espectro de diseño según la NTE E-030, los datos (periodos vs aceleración), se guardan en un tipo de archivo “Separado por tabulaciones” que tiene extensión .txt, esto facilitará que el programa lea los valores del espectro. Mediante el menú “Define/Functions/Response Spectrum…”, podemos ingresar cualquier archivo que contenga datos de un espectro de sismo de diseño.

En la sección “Choose Function Type to Add” elegimos “From File”, y luego en la sección siguiente “Click to” hacemos click en “Add New Funtion…”

En el cuadro “Response Spectrum Function Definition-From File”, ingresaremos el espectro de diseño. En la sección “Values are” damos la opción “Period vs Value” , luego dar “Browse…” se nos abrirá un cuadro solicitándonos dónde está ubicado el archivo separado por tabulaciones a importar. Para ubicar archivos con extensión .txt, en la parte inferior derecha del cuadro (donde se indica “Data Files (*.)”, seleccionamos “Text Files (*.txt)” o “All Files (*.*), así podremos visualizar el archivo.

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Una vez que ubicamos el archivo hacemos doble click sobre él, o si no en el botón . De vuelta en el cuadro “Response Spectrum Function Definition”, en la sección “Values are” elegimos . Procedemos luego a visualizar el espectro haciendo click en . Si no hay ningún problema en los datos el programa nos proporciona el gráfico del espectro importado. En el gráfico visualizado del espectro, podemos con el curso del mouse evaluar los valores y comprobar que no se produjo ningún error.

h. CASO PARA ANÁLISIS DINÁMICO POR CARGAS DE SISMO – MÉTODO DEL ESPECTRO DE DISEÑO El espectro que se definió en el paso anterior nos sirve para generar un caso de cargas para un análisis dinámico. Desde el menú “Define/Response Spectrum Cases” generamos dos casos para cada una de las direcciones, a diferencia del caso para cargas por fuerzas equivalentes, el programa realiza la conversión de la excentricidad sin la necesidad de indicare el signo.

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Ahora ir al menú “Define / Load Cases…” y dar click

Una vez que estamos en el cuadro “Load Cases”, en la sección “Click to”, hacemos click en “Add New Case…”

, el primer caso que crearemos será para la dirección “X”. En la sección “Loads Applied”, en “Load Name” “U1” seleccionamos como función el espectro que creamos “E030”. En “Scale Factor” ingresamos el valor de la gravedad, ya que nuestro espectro tiene valores adimensionales, por lo que introduciendo el valor de 9.81 m/s2, consideraremos con unidades de aceleración, si nuestro valores del espectro inelástico ya estarían multiplicados por la gravedad el valor sería “uno”. El valor en “Ecc. Ratio (All Diaph.)” ingresamos 0.05 (5% según norma). Hacemos click en ya habremos definido el caso para un análisis dinámico en la dirección “X”. El mismo procedimiento se realiza para la dirección “Y”, escogiendo esta vez en “Direction” elegimos el espectro en “U2”.

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CÁLCULO DE LA MASA PARA EL ANÁLISIS DINÁMICO POR CARGAS DE SISMO El ETABS hace el cálculo de los distintos casos de carga, pero según las normas de Diseño Sísmico, se toman los casos de carga con porcentajes de participación. En el caso de NTE E-030, se tiene los siguientes requisitos: Para el modelo consideraremos el 100% del peso propio (“DEAD”), el 100% de las cargas muertas (“CM”), el 25% de las cargas vivas (“LIVE”) y el 25% de la sobrecarga del techo (“LIVEUP”), para edificaciones categoría “C”. Para asignar estos porcentajes para su cálculo en el Etabs ingresamos mediante el menú Define/Mass Source. En el cuadro de diálogo “Define Mass Source”, para definir la masa a ser calculada se llenara según la imagen, y de acuerdo a la norma E.030

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3. DIBUJO DEL MODELO En este capítulo, no desarrollaremos el dibujo del modelo paso a paso, ya que cada usuario del programa tiene sus propios criterios para dibujar cada uno de los elementos, por tanto no se quiere que se tenga una metodología o forma estándar para el dibujo, sino que prime la práctica de cada usuario en el uso del programa. Con la finalidad de no hacer muy extenso este capítulo procederemos a explicar los objetos que tiene el Etabs para permitirnos dibujar un modelo. a. DIBUJO DE OBJETOS LINE Anteriormente se definieron secciones tipo “Frame”, éstas se dibujarán como objetos línea en el Etabs. Para el uso de objetos línea se usará el menú “Quick Draw Beams / Columns (plan, elev, 3D) .

Esta herramienta nos permite dibujar líneas, ya sea en vistas en planta, elevación o en la vista en 3D. El programa nos permitirá el acceso a un cuadro en el que podemos elegir el tipo de línea, la propiedad o sección creada, si se transmitirá los momentos entre elementos (“Continuous”” o que el elemento no transmita momentos convirtiéndose en una rótula (“Pinned”), con “Plan Offseet Normal” podemos dibujar el elemento a una distancia paralela a los puntos que elegimos; con “Drawing Control Type” podemos trazar líneas paralelas a algún eje global en especial, a algún ángulo, o dibujar líneas que tengan una longitud dada.

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Primero dibujaremos las Vigas en la dirección X y Y, para ello seleccionamos la sección que asignara a los frames dibujados. Y como la opción es “Quick Draw Beams/Columns (Plan, Elev, 3D)” el dibujo es similar al cad en un recuadro seleccionar el área a dibujar, se dibujaran los frames en los ejes asignados dentro del área marcada

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Para dibujar columnas se utilizada la opción “Quick Draw Columns (Plan,3D)”, de la misma forma asignar la propiedad al frame que se dibujara y luego enmarcar el área donde se desea dibujar columnas el programa automatiamente dibujara en las intersecciones de los ejes las columnas en todos los pisos.

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Para dibujar los muros se usara la opción “Draw Walls (plan)”, con esta opción tenemos que definir los dos puntos de incio y fin del muro, además del tipo de línea y la propiedad que se asignara al muro dibujado. Agregar según imagen.

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Para los muros que no terminan en columna se asignara un punto adicional, para asi tener los dos puntos de inicio y fin del muro: La opción para agregar un punto en el dibujo es : “Draw/Draw Joint Objects”

Se nos muestra el siguente recuadro:

En este recuadro agregar es desface en eje “X” y/o “Y” apartir del punto de referencia que se indicara con un click. Por ejemplo para dibujar el “muro A34”, se debe definir un punto a un desfase en Y de 1.62m

Luego dibujar el muro como los pasos anteriores. De la misma forma se procederá para el caso de los ascensores.

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Para el dibujo de la losa macisa se usara la opción “Quick Draw Floor / Wall (Plan, Elev) Luego dar click al paño, el programa dibuja automáticamente la loza según la propiedad indicada en cada sector que forme la malla de ejes X y Y

Para el dibujo de la escalera de Radio de 1.5m, se hara los siguientes pasos 1. Usando la opción “Draw/Draw Joint Objects” se dibuja un punto a 1.5m del eje de la escalera.

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2. Dibujar un frame entre los dos puntos el eje y el punto dibujado en el paso anterior. 3. El frame se extrudara mediante la opción “Edit/ Extrude/ Extrude Joins to Frames”. Luego hacer una extrución radial de acuerdo a los datos de la figura. El angulo será -10°, que es la separación entre los frames y serán 27 para completar los 270° en la dirección horaria

Las coordenadas del inicio son las del eje, se selecciona el punto final de la extrudación y luego dar “OK”

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Luego de la extrudación quedaría de la forma indicada.

4. Usar la opción “Edit /Extrude/ Extrude Frames to Shells…” Para extrudar los frames creados en el paso anterior

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Seleccionar los frames creados y luego en la pestaña “Linear Extrusión”, asignar una extrución de -3m en la dirección Z (dz), además marcar “Delete Source Objects” para eliminar los objetos de base, esto es las vigas creadas anteriormete. Se selecciona un numero de 1 ya que el primer piso es de 3m, para los otros pisos hacer con 2.8m seleccionando un numero de 4 apartir de 5 piso.

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La

estructura

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finalmente

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quedara

de

la

manera

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que

se

indica

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4. CARGAS, RESTRICCIONES a. ASIGNACIÓN DE CARGAS En este modelo sólo se presentan cargas distribuidas aplicadas a las losas de entrepisos. El resumen de las cargas es el que se indica en la tabla siguiente: NIVEL 5° nivel 4° nivel 3° nivel 2° nivel 1° nivel

CARGA MUERTA 250 Kg/cm2 250 Kg/cm2 250 Kg/cm2 250 Kg/cm2 250 Kg/cm2

CARGA VIVA 100 Kg/cm2 200 Kg/cm2 200 Kg/cm2 200 Kg/cm2 200 Kg/cm2

Seleccionamos la losa del quinto nivel, mediante el menú “Assign/Shell Loads/Uniform” podemos ingresar los valores a cada caso de carga.

Ingresaremos el valor de las cargas muertas en el quinto nivel, en la sección “Load Case Name” del cuadro “Load Pattern Name” seleccionamos “DEAD”, revisamos las unidades y en la sección “Uniform Load” ingresamos el valor de 0.25 en “Load”, en “Direction” verificamos que sea “Gravity” para que las cargas estén aplicadas en dirección de la gravedad (“-Z”). Hacemos click en “OK”

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y habremos introducido las cargas muertas en el quinto nivel, siguiendo el mismo procedimiento se ingresan el resto de cargas en sus respectivos casos, verifcar la opción “All story” para que los datos asignados en la quinta planta se repitan en las otras.

El Etabs ha medida que se vaya ingresando las cargas, nos permitirá visualizar el valor de los mismos.

De la misma forma se procederá con la carga viva. En el caso de la carga Live (La viva total sin altenancia) se asignara con el misma procedimiento que en la carga muerta, teniendo en cuenta que el valor es de 0.2 Tn/m2 y en la sección “Load Pattern Name” indica “LIVE”,

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Para las vivas con alternancia Para el caso Live 1 de la primera planta será:

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Segunda planta:

La primera planta tiene idéntica distribución que la tercera y la segunda que la cuarta planta. La azotea no habrá alternancia simplemente se agrega la carga en todas las losas.

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Para el caso Live 2 de la primera planta será:

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Para el caso Live 2 de la segunda planta será:

La primera planta tiene idéntica distribución que la tercera y la segunda que la cuarta planta. La azotea no habrá alternancia simplemente se agrega la carga en todas las losas.

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Las combinaciones de diseño según la norma E.060 se agregaran en la opción:

Se adicionara una combinación de Sismo que engloba, una combinación tipo envolvente “Envelope”, de los sismos dinámicos.

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Para encontrar los desplazamientos reales, según la norma E.030, se mayorara las fuerzas sísmicas en “0.75*R = 3.9375 “ , estos no deben superar las derivas máximas permisibles que para elementos de concreto armado es 0.007, al efectuar el análisis.

Se efectuara una comparación entre el Sismo Estático y el dinámico según manda la norma E.030, pues el sismo dinámico no puede ser menor al 90% del Sismo Estático en estructuras irregulares. Para ello se creara una combinación “Peso del Edificio” para encontrar el peso del edificio de acuerdo a la norma E.030.

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Después se efectuara las combinaciones de diseño: 0.9 D+ Sismo 1.4 D + 1.7 Live, habrán 3 debido a la alternancia de carga viva 1.25 D+1.25 Live + Sismo, habrán 3 debido a la alternancia de carga viva. Envolvente: Que es la combinación de diseño, vendría a ser los esfuerzos máximos causados por las combinaciones analizadas individualmente. Para la combinación 1.4D + 1.7L se llena como sigue:

Es una combinación tipo “Linead Add” , esto es suma de cargas.

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b. ASIGNACIÓN DE RESTRICCIONES Al dibujar las columnas, se aprecia que en el nivel Z=0, el programa automáticamentedibuja apoyos en las bases, pero es necesario hacer el cambio a estos apoyos. Los apoyos en la base son comúnmente modelados como apoyos empotrados. Para cambiar el tipo de apoyos se tiene que trabajar con los puntos de apoyo que tienen los elementos verticales en la base. Se seleccionan todos los puntos y por medio del menú “Assign/Joint Point/Restraints…” asignamos el tipo de soporte que se desea.

En el cuadro “Assings Restraints” podemos seleccionar si queremos realizar restricciones al desplazamiento o al giro de los apoyos. Asignamos empotramiento conforme la figura.

c. RÍGIDOS

ASIGNACIÓN DE DIAFRAGMAS

El modelo por cargas concentradas en los entrepisos nos permite calcular con hipótesis que todos los puntos en un nivel dado tengan los mismos desplazamientos. Entonces debemos de asignar diafragmas rígidos al modelo. El Etabs permite asignar diafragmas rígidos a los puntos del entrepiso o a las losas.

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Seleccionamos las losas del modelo e ingresamos por el menú “Assign/ Joint/ Diaphragms…”.

Por defecto el programa nos muestra el “D1” ya creado que es un diafragma rígido. Se deberá añadir un diafragma distinto por piso, para ello se debe dar click en la opción “Modifiy/ Show Definiti ons…”

Adicionar 4 diafragmas para tener así 5 diafragmas, uno por piso. Se asigna mediante la opción “Add New Diaphragm”. Dar nombre del diafragma y seleccionar Rigido (“Rigid”) Para asignarlo seleccionar todos los puntos de la planta y luego dar “Assign/ Joint/ Diaphragms…”. , luego click en la opción “Assing” , observándose la siguiente gráfica.

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5. ANÁLISIS Y REVISIÓN DE RESULTADOS Hasta lo realizado en el capítulo 4, es lo necesario para preparar el modelo antes de ejecutar el cálculo. En este capítulo señalaremos los pasos y consideraciones para correr el modelo. No se hará una explicación extensa sobre interpretación de resultados o cumplimiento de normas, ya que no es objetivo del curso. a. ANÁLISIS DEL MODELO El modelo está listo para ser analizado, ahora nos tocará configurar las opciones de análisis y correr el modelo. Nos dirigimos a la opción “Set Activve Degrees of Freedom…”

.

Seleccionamos el ícono de Full 3D, lo que nos permitirá que se seleccionen todas las incógnitas para el análisis

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En “Define/Modal Cases…” , luego “Modify/Show Case…”

Ahí colocamos 15 en el cuadro de texto para “Number of Modos” , estaríamos considerando 3 modos de vibración por nivel, en “Modal Case Sub Type” seleccionamos “Eigen”.

Por el menú Analyse/Set Load Cases To run…, ingresamos al cuadro de diálogo para poder configurar el análisis

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, verificamos que este seleccionado y hacemos click en “Run Now”. PARA EMPEZAR ANALISIS

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b. VERIRIFICACIÓN DE DERIVAS Ir a Displey -> Show Tables Para que el programa muestre las derivas, solicitar “Diaphragm Dif” Desde Tables->Analysis -> Results -> Displacements ->Diaghragm Center of Mass Displacements.

Se comprueba que las derivas son menores a 0.007, que es la deriva máxima permisible para edificaciones de concreto armado, según norma E.030.

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6. DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO a. CONFIGURACIÓN DEL MODULO DE DISEÑO EN CONCRETO ARMADO Todas la opciones de diseño en concreto armado están en el panel “Design” Configuraremos las opciones previas para iniciar el diseño de elementos verticales de concreto armado. Selección de Grupos de Barras

Nos vamos a la opción “Define / Section Properties / Reinforcing Bar Sizes…” Apareceran las barras por defecto, seleccionamos “Clear All Bars” para eliminar todas… luego seleccionamos “Add Common Bar Set…”

Seleccionamos U.S. Customary, para agregar las barras de acero comerciales. Luego dar OK

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Modificar parámetros de diseño

Nos dirigimos a la opción “Design/ Concrete Frame Design / View/Resvise Preferences…” Verificamos todos los coeficientes de seguridad de cada una de las solicitaciones a las cuales el concreto armado podrá estar expuesto.

Luego seleccionamos combinación de diseño en

la

“Design/Concrete Frame Design/ Select Design Combinations…”

Nuestra combinación de diseño sera la de “ENVOLVENTE”, para ello la seleccionamos y luego la arrastramos a la derecha con la opción “>>”

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Diseño de elementos de concreto armado (ACEROS CALCULADOS POR ETABS)

Seleccionamos la opción “Design/ Concrete Frame Design / Start Design/ Check” Esta opción permite diseñar los elementos de concreto armado bajo dos concepciones.

Esta sección de columna mas adelante se confeccionara. Por ahora se mencionara los dos tipos de diseño en el etabs. Primero se diseñara: “Reinforcement to be Designed” – Reforzar según lo diseñado. CON ESTA OPCIÓN EL ETABS CALCULA EL AREA DE ACERO NECESARIA. Luego “Reinforcement to be Checked” – Reforzar según lo checkeado. CON ESTA OPCIÓN EL USUARIO AGREGA LA SECCION ESTRUCTURAL QUE CREA QUE RESISTIRA, PARA LUEGO VERIFICARLA. VEREMOS QUE ESTA OPCIÓN ES MAS UTIL Y REAL, esta opción se completa con otra para confeccionar las secciones que es el Section Designer.

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El diseño de elementos de concreto armado comprende vigas y columnas.

b. DISEÑO DE VIGAS DE CONCRETO ARMADO En cuanto a este diseño el ETABS, arroja aceros necesarios para resistir los esfuerzos, pero según la norma E060, el acero minimo para vigas es igual √ Para un concreto de 210Kg/cm2 y el acero grado 60, la cuantía mínima es 0.0024 También tener en cuenta la cuanta máxima

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La cuantía balanceada es:

Para un concreto de 210Kg/cm2 y el acero grado 60, la cuantía balanceada es 0.024 Por tanto la cuantía máxima es 0.016. Estas cuantías se deben chechear en todas las secciones. Asmin = 0.0024 x b x d = 0.0024 * 30 * 44 = 3.17 cm2, en este caso modificar acero para momento positivo en el apoyo.

c. DISEÑO DE COLUMNAS DE CONCRETO ARMADO Considerar que la cuantía mínima en columnas es 1%, además la cuantía máxima es 8%, pero se recomienda oscilar en un valor entre 1% y 3%, pues cuantías superiores no resultan económicas, en ese caso se recomienda modificar la sección. Este tipo de elemento lo diseñaremos según los checkeado. Pero ver los aceros calculados por el ETABS, y con esa área de acero proponer una sección inicial que luego se verificara.

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CREACIÓN DE SECCIÓN USANDO EL SECCION DESIGNER Antes de crear la sección se deberá desbloquear el modelo, damos click al candado para desbloquear.

Seleccionamos la opción “Define / Section Properties / Frame Sections…”

Luego damos “Add New Properties…”, Luego damos click en recuadro de “Section Designer”

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Luego agregar un nombre a la sección que se creara, seleccionar material, tipo de diseño y designarla como columna. Luego dar click a la opción “Section Designer…”

Una vez en la malla de dibujo de la sección, dar click a la opción mostrada en la imagen: “Draw Rectangle”, existen otras opciones como dibujar círculos, polígonos, secciones en T, etc.

Luego dar click en el eje de coordenadas, y tendremos dibujado nuestra sección.

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Dar anticlick en el interior de la sección y modifcar según las propiedades geométricas necesitadas. Obtenemos dicha sección apriorimente.

Ahora modificaremos la sección asignando los aceros que se crea conveniente. Damos anticlick en un acero de esquina, y designamos el acero #8, además damos “Apply to all Corners”, para hacer la misma modificación en todas las esquinas.

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Luego modificar los aceros de cara. En las caras perpendiculares al eje X, los aceros serán de ¾´´, las caras perpendiculares al eje Y los aceros serán de 1´´ .

Para finalmente optener dicha sección

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ESTAS SECCIONES CREADAS MEDIANTE EL SECTION DESIGNER SE ASIGNARAN A LOS FRAMES CORRESPONDIENTES, PARA LUEGO SER DISEÑADAS. VERIFICANDO CAPACIDAD DE LA COLUMNA Antes de verificar debemos haber analizado la estructura y asignado las secciones creadas mediante el section designer, luego dar click en “Design/ Concrete Frame Design/ Start Design/Check”

Para verificar la capacidad de la columna nos dirigimos a “Design / Concrete Frame Design / Display Design Info…” Seleccionamos “Column P-M-M Interaction Ratios”

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Se debe verificar que en todas las columnas y en todos los pisos el ratio sea menor a 0.95 VERIFICANDO LA INTERACCION VIGA-COLUMNA Para verificar la ductivilidad de la estructura, esto es que cuando falle, primero falle la viga y luego la columna , ya que la viga no es un elemento que al colapsar haga colapsar toda la estructura a diferencia de la columna.

Se debe verificar que en todas las columnas y en todos los pisos el ratio sea menor a 1

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LAS SECCIONES AGREGADAS SON:

C35X35-MIN SON 8 ACEROS DE 5/8´´ TODOS. Se ubicaron en las columnas de los ejes: A-1 y F1

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C35x35- Eje4 LOS ACEROS DE ESQUINA SON N°6 y LOS ACEROS DE CARA SON N°5 Se ubicaron en las columnas de los ejes: C-4 y D-4

C35x35- INTERNA DOS ACEROS DE ESQUINA SON N°8, LOS OTROS DOS ESQUINA SON N°6 y LOS ACEROS DE CARA SON N°6 Se ubicaron en las columnas de los ejes: B-2, B-3, E-2 y E-5

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d. DISEÑO DE MUROS ESTRUCTURALES DE CONCRETO ARMADO

De la misma forma como en las columnas se usara el sectión designer, pero como la sección de un muro corresponde a muro en sí y a las columnas se hace un tanto engorroso dibujarlo en el sectión. Para ello cada muro que tenga la estructuración se definirá como un pier, así como el mismo muro en distintos pisos que se necesario modificar la distribución de acero. Todas las opciones de diseño de muros están en la opción señalada en el recuadro azul.

Al igual que el diseño de frames de concreto armado, se revisa preferencias “View/Revise Preferences…” Luego Seleccionar la combinación de diseño en “Select Design Combinations…” Ahora primero se debe crear el pier de cada muro se hara con la opción

Como ejemplo definiremos el muro A-12

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Es un muro, el cual lo acompaña una columna

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Luego crear el pier, de preferencia agrega un nombre que identifique el muro y la ubicación con respecto a sus ejes como por ejemplo

MUROA-12: Muro en el A entre los ejes 1y2 MURO D-12-1y2PIS: Muro en el eje D entre los ejes 1 y 2 correspondiente al 1y2 Piso

Creamos la etiqueta y le asignamos el pier, con Apply.

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Dichos piers creados en la opción “Modify/ Show Definitions…”, se asignan al muro. De la misma forma se asignara a los frames (columnas) que acompañan al muro estructural.

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Y asi se confecciono el pier. Para darle la distribución de acero deseado se hara: “Define General Pier Sections…” Luego, agregamos nueva sección “Add Pier Section…”

Luego definimos un nombre para ubicarlo, le asignamos el material, y además en la sección ADD PIER seleccionamos “Start from Existing Wall Pier”, para iniciar el dibujo de un

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pier existernte y finalmente nos vamos al “Sectión Designer…”

Este es el muro A-12, ubicamos aceros de esquina y de cara con las opciones ya presentadas cuando se distribuyó el acero en columnas.

DE ESTA FORMA SE HARA CON TODOS LOS MUROS.

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EN LOS MUROS SE VERIFICARA QUE EL RATIO DE SU CAPACIDAD SEA MENOR A 0.95 EN TODOS LOS PISOS. Ir a Display Desing Info…

Luego:

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“Pier D/C Ratios”

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Se verifica que todos son menores a 0.95. ASI SE UBICO TODOS LOS MUROS Y SE VERIFICO SE SEÑALAN LOS NOMBRES DE TODOS LOS MUROS.

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SE SEÑALA EL NOMBRE DE TODOS LOS MUROS

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SE VERIFICAN RATIOS.

Se verifica que todos estén menores a 0.95 VERIFICACION DE DISEÑO POR DUCTILIDAD

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