Este documento describe la creación de una extensión para Sap2000 llamada DARC, desarrollada en Visual C# e integrada con la API de Sap2000. La extensión automatiza los procesos de modelado, análisis y diseño de tanques circulares de concreto armado en Sap2000. El usuario solo debe ingresar parámetros generales de la estructura, luego la extensión se encargará de modelarla, asignar cargas, materiales, condiciones de contorno y realizar los análisis, considerando factores como efectos hidrod

1. EXTENSI´ON PARA EL MODELAMIENTO, AN´ALISIS Y DISE˜NO AUTOMATIZADO DE
RESERVORIOS CIRCULARES EN SAP2000
”XVII CONGRESO NACIONAL DE INGENIERIA CIVIL - XVII CONIC 2009”
Ing. Edmundo Canchari Guti´errez
1. Introducci´on
En la actualidad se ha llegado a un nivel en la que es poco probable evitar la convivencia constante
con las aplicaciones en todos los campos de la Ingenier´ıa, esto se debe a las grandes facilidades que
ofrecen para modelar situaciones reales en muy corto tiempo adem´as de estar siempre implementados
con los m´etodos num´ericos de ´ultima generaci´on para cada prop´osito. Sap2000 es un programa
general producido y mantenido por la empresa ”Computer and Structures inc” en la que se encuentra
un ambiente c´omodo para la creaci´on del modelo, an´alisis y dise˜no de estructuras; adem´as cuenta
desde la versi´on 11.0.0 con su Interfaz de Programaci´on para aplicaciones (Application Programming
Interface API), lo que hace posible acceder al programa desde aplicaciones externas con la finalidad
de implementar extensiones dependiendo de las necesidades de cada usuario.
Con fines de la correcta utilizaci´on de la API y Sap2000 es necesario tener un conocimiento
suficiente del M´etodo de los Elementos Finitos, distinguir las ventajas e inconvenientes de este m´etodo
aproximado, los argumentos requeridos y la adecuada interpretaci´on de los resultados; adem´as
es necesario tener una experiencia amplia en cuanto al uso del programa. Es necesario tambi´en
comprender los fundamentos de programaci´on orientado a objetos, estando en este nivel es posible
interactuar con Sap2000 creando aplicaciones externas.
La Interfaz de Programaci´on para Aplicaciones de Sap2000 se puede utilizar desde cualquier len-
guaje de programaci´on que sea capaz de implementar una interfaz, entre estos lenguajes de programa-
ci´on se tiene: Visual Basic para Aplicaciones (VBA), Visual Basic .net, Visual C++, Visual C#, Java,
Intel Visual Fortran v9, etc. En el presente trabajo se programar´a desde el lenguaje de programaci´on
Visual C# por ser un lenguaje orientado a objetos y estar completamente integrado con la plataforma
.NET
2. Resumen
En el presente trabajo se aprovecha la Interfaz de Programaci´on para Aplicaciones de Sap2000
v14.0.0 Trial Edition creando una extensi´on desde el lenguaje de programaci´on Visual C#, juntamente
con el entorno de desarrollo integrado Microsoft Visual Studio 2008 Express Edition con la finalidad
de automatizar los procedimientos en la creaci´on del modelo, el an´alisis y dise˜no de reservorios
circulares de concreto armado.
Para esta estructura t´ıpica el usuario final solamente definir´a los argumentos generales de la
estructura: dimensiones, cargas, calidad del material, propiedades del suelo y las consideraciones para
generar la funci´on de la aceleraci´on pseudo espectral para tanques adem´as de definir la discretizaci´on
para el an´alisis mediante el m´etodo de los elementos finitos; luego, la extensi´on ser´a el encargado
de modelar la estructura: estableciendo los materiales utilizados, los elementos estructurales(la
c´upula, viga circular si se considera, cilindro, y la base), los tipos de cargas, los tipos de an´alisis,
las combinaciones de cargas y las consideraciones en la masa de la estructura para el an´alisis
din´amico, las condiciones de contorno, asignaci´on de las cargas, etc. Todo sin intervenci´on del usuario,
los resultados deben ser consultados en el mismo entorno de Sap2000 que la extensi´on crear´a y
ejecutar´a autom´aticamente, se considera el efecto hidrodin´amico en el reservorio, las recomendaciones
del Reglamento Nacional de Edificaciones [1] y de la American Concrete Institute (A.C.I 350.3-01 y
1

2. A.C.I350.3R-01) [2].
Es necesario para que la extensi´on creada DARC(Extensi´on para la creaci´on del modelo, An´alisis
y Dise˜no Automatizado de Reservorios Circulares en Sap2000) funcione sin inconvenientes debe estar
instalado el NET Framework 3.5 en la computadora donde se ejecutar´a.
3. Objetivos
Crear una extensi´on para Sap2000 con la finalidad de automatizar los procedimientos de la
creaci´on del modelo, an´alisis y dise˜no de reservorios circulares de concreto armado.
Mostrar la utilidad de la Interfaz de Programaci´on para Aplicaciones (Application Programming
Interface A.P.I) de Sap2000 creando una aplicaci´on concreta.
Aprovechar las ventajas de los lenguajes de programaci´on orientado a objetos en la creaci´on de
aplicaciones para la ingenier´ıa.
4. Metodolog´ıa o Desarrollo
Para el desarrollo de la extensi´on se utiliza el editor Microsoft Visual Studio 2008 Express Edition,
con el lenguaje de programaci´on Visual C#, desde la cual se integra la Interfaz de Programaci´on para
Aplicaciones de Sap2000. Desde este punto, con las ´ordenes adecuadas, todos los m´etodos que soporte
la interfaz del programa Sap2000 est´an libres para Visual C# a disposici´on para ser utilizados como
si de sus propias ´ordenes se tratase. La documentaci´on completa con ejemplos para cada orden se
encuentra en su manual SAP2000 API Documentation [3].
4.1. Visual Studio
Lo que Microsoft nos ofrece con Visual Studio 2008 Express Edition es un entorno de desarrollo
de ´ultima generaci´on, conjuntamente con el compilador de uno de los lenguajes de programaci´on m´as
avanzados que existe en la actualidad, Visual C#. Las versiones express son de distribuci´on gratuita.
El desarrollo del programa se realiza desde este editor.
4.2. Visual C#
Es un lenguaje moderno, potente, flexible y orientado a objetos. C# combina las mejores ideas de
lenguajes como C, C++ y Java [4] . En Visual C# es necesario distinguir los siguientes conceptos.
4.2.1. Clase
Una clase es una colecci´on de c´odigo y de variables, las clases gestionan el estado en forma de
variables que contienen, y comportamientos, en forma de los m´etodos que contienen. Sin embargo una
clase es s´olo una plantilla desde donde se crean objetos.
4.2.2. Objeto
Visual C# es un lenguaje orientado a objetos, los objetos son instancias de una clase.
4.2.3. Interfaz
Una interfaz de C# es un conjunto de firmas de m´etodos, propiedades, eventos o indizadores
agrupadas con un nombre com´un. Las interfaces funcionan como conjunto de funcionalidades definidas
que pueden implementarse en una clase o estructura de Visual C#.
2

3. Figura 1: Sub men´u Agregar Referencia
4.2.4. Espacio de Nombre
Sirven de ayuda para organizar colecciones de clases en agrupaciones l´ogicas.
4.3. Sap2000 v14.0.0
Programa general para crear el modelo, el an´alisis y dise˜no de estructuras.
4.3.1. Interfaz de Programaci´on para Aplicaciones de Sap2000
Sap2000 utiliza la tecnolog´ıa COM de Microsoft para obtener un Software con arquitectura abierta
y programable por el ingeniero. Se ha definido lo que es una interfaz en la secci´on 4.2.3.
4.3.2. Instalaci´on API Sap2000
La Interfaz de Programaci´on para Aplicaciones de Sap2000 se instala por defecto con cualquier
distribuci´on desde su versi´on 11.0.0.
4.3.3. Utilidad ¿para qu´e sirve?
Ahora es posible ampliar las capacidades de Sap2000 mediante programas creados por sus usuarios,
definiendo estructuras parametrizadas o repetitivas, generando una norma de dise˜no espec´ıfica, etc.
Las posibilidades son ilimitadas.
4.4. Programando en Visual C# con API Sap2000
Seguidamente se realiza una descripci´on general para integrar la Interfaz de Programaci´on para
Aplicaciones de Sap2000 en el entorno de desarrollo integrado Microsoft Visual Studio, espec´ıficamente
programando en el lenguaje Visual C#, para lo cual es necesario crear una aplicaci´on windows.
4.4.1. Integrar API Sap2000 a Visual Studio
Desde la ventana Explorador de Soluciones, haciendo click derecho sobre el proyecto creado, elegir
del men´u emergente Agregar referencia... como muestra la Figura 1. Luego, se muestra la ventana
Agregar referencia, entre las opciones elegir la pesta˜na etiquetada COM, entre los muchos componentes
existentes en la lista elija Sap2000 como indica la Figura 2.
3

4. Figura 2: Ventana Agregar Referencia
Agregando esta referencia, se le indica a Microsoft Visual C# que queremos trabajar con la Inter-
faz Sap2000.SapObject, en este punto Microsoft Visual Studio 2008 Express Edition se encargar´a de
integrar absolutamente todos su contenido de la Interfaz Sap2000.SapObject.
4.4.2. Implementar Interfaz de Sap2000 en un Objeto
Para utilizar las ´ordenes que contiene la interfaz se opta por implementarlo en un objeto desde el
lenguaje de programaci´on Microsoft Visual C#, desde este punto es visible los m´etodos de la interfaz
a trav´es del objeto. El siguiente programa muestra la manera de implementar la interfaz de Sap2000
en un objeto de Visual C#.
1 //Implementa la i n t e r f a z de Sap2000 a un objeto
2 Sap2000 . SapObject SapObjeto ;
3 // i n i c i a l i z a e l objeto
4 SapObjeto = new Sap2000 . SapObject () ;
4.4.3. Accediendo al objeto que implementa la interfaz
El objeto que contendr´a la interfaz se debe declarar de modo que sea visible en todo el proyecto,
mediante c´odigo deberemos referirnos a este objeto para todos los prop´ositos. Creado el objeto que
contiene la aplicaci´on, el siguiente paso es proporcionarle un archivo Sap2000 correspondiente, puede
ser inicializando un nuevo archivo o apoder´andose de uno existente. Se tratar´a ambas alternativas.
4.4.4. Inicializando un archivo nuevo
Es posible desde Visual C# inicializar el programa Sap2000, el siguiente programa inicializa un
nuevo entorno en Sap2000 y dibuja un muro en su espacio modelo, asignando propiedades por defecto.
1 private void cmdOpenSap2000 Click ( object sender , EventArgs e )
2 {
3 // declara v a r i a b l e tipo Sap2000
4 Sap2000 . SapObject SapObjeto ;
5 long ret ;
6 // i n i c i a l i z a r la v a r i a b l e del tipo Sap2000
7 SapObjeto = new Sap2000 . SapObject () ;
8 // i n i c i a l i z a la a p l i c a c i ´o n
9 SapObjeto . ApplicationStart ( Sap2000 . eUnits . kgf m C , true , ”Prueba” ) ;
10 // crea e i n i c i a l i z a e l espacio modelo de sap2000
11 ret = SapObjeto . SapModel . InitializeNewModel ( Sap2000 . eUnits . kgf m C ) ;
4

5. 12 // dibuja una muro
13 ret = SapObjeto . SapModel . F i l e . NewWall (3 , 3 , 3 , 3 , true , ”prueba” ) ;
14 }
4.4.5. Apoderarse de un Archivo Existente
Otra alternativa muy frecuente es cuando mediante c´odigo se quiere apoderar de un modelo
Sap2000 existente y que est´e en ejecuci´on, a modo de prueba, el programa culmina mostrando un
mensaje del tipo de unidades actual utilizado.
1 private void cmdCaptureSap2000 Click ( object sender , EventArgs e )
2 {
3 //debe e x i s t i r un archivo sap2000 ejecut´andose actualmente
4 Sap2000 . SapObject SapObjeto ;
5 // esta acci´on se apodera autom´aticamente de un archivo e x i s t e n t e
6 SapObjeto = new Sap2000 . SapObject () ;
7 // muestra l a s unidades de medida actual del espacio modelo
8 Sap2000 . eUnits MyUnits ;
9 MyUnits = SapObjeto . SapModel . GetPresentUnits () ;
10 string a = ”La unidad de medida actual es : ” + MyUnits . ToString () ;
11 MessageBox . Show(a , ”APISap2000” , MessageBoxButtons .OK) ;
12 }
4.4.6. Cerrando la Aplicaci´on
Otro procedimiento habitual cuando se manipula programas desde aplicaciones externas, es ce-
rrar el programa mediante c´odigo, para el objeto del tipo Sap2000 la forma correcta de terminar la
aplicaci´on es con las ´ordenes adecuadas como se muestra.
1 private void cmdClosesap2000 Click ( object sender , EventArgs e )
2 {
3 //debe e x i s t i r un archivo sap2000 en ejecuci´on
4 Sap2000 . SapObject SapObjeto = new Sap2000 . SapObject () ;
5 // c i e r r a la a p l i c a c i ´o n
6 SapObjeto . ApplicationExit ( false ) ;
7 // deja sin contenido al espacio modelo
8 SapObjeto . SapModel = null ;
9 // deja sin contenido al objeto creado
10 SapObjeto = null ;
11 }
4.4.7. La Funci´on M´agica
Finalmente, el programa debe ser capaz de decidir adecuadamente una u otra alternativa, seg´un
sea el caso, el programa siguiente cumple esta funci´on.
1 private void cmdEvaluarSap2000 Click ( object sender , EventArgs e )
2 {
3 Sap2000 . SapObject SapObjeto = new Sap2000 . SapObject () ;
4 bool Dianostico ;
5 string mensaje ;
6 Dianostico = SapObjeto . v i s i b l e () ;
7 i f ( Dianostico )
8 mensaje = ”No se ejecuta Sap2000” ;
9 else
10 mensaje = ”Se ejecuta Sap2000” ;
11 MessageBox . Show( mensaje , ”API Sap2000” , MessageBoxButtons .OK) ;
12 }
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6. 4.5. Descripci´on del Programa DARC
DARC(Extensi´on para la creaci´on del Modelo, An´alisis y Dise˜no Automatizado de Reservorios
Circulares en Sap2000) es una extensi´on para Sap2000 v14.0.0, escrito en el lenguaje de programaci´on
Visual C# integrado con la API Sap2000 desde el Microsoft Visual Estudio. Realizar una descripci´on
completa de la programaci´on y el c´odigo fuente de la aplicaci´on no est´a al alcance del presente docu-
mento, la utilidad de la extensi´on se explicar´a con un ejemplo de aplicaci´on. la secci´on transversal y
dimensiones generales de un reservorio circular t´ıpico muestra la Figura 3.
VOLADO
CUPULA
BASE
CILINDRO
VIGA CIRCULAR
16.5
8.51
0.5
6.2
1.5
Figura 3: Secci´on transversal reservorio circular
Cuando se inicia DARC muestra la ventana principal de la Figura 4, dispone de una interface para
el usuario amigable e intuitiva, conteniendo campos suficientes para la recepci´on de los argumentos
generales de la estructura que est´an debidamente ordenados en 03 pesta˜nas.
Figura 4: Ventana principal de la extensi´on
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7. 4.5.1. Geometr´ıa del Reservorio
En la ventana principal, la pesta˜na etiquetada con General es para especificar las dimensiones
generales del reservorio, donde:
Se debe especificar la flecha y espesor de la c´upula. para la estructura mostrada en la Figura 3
la flecha es 1.5m y el espesor 0.1m
Las consideraciones de la viga circular en la estructura es opcional, se debe especificar la base y
la altura de la viga circular. Para la estructura mostrada la base es 0.30m y altura 0.6m
La altura y el espesor del cilindro, indicar de igual manera el borde libre considerado en el
cilindro. En la estructura actual el espesor es 0.15m, altura total considerando la altura de la
viga circular es 6.20m y el borde libre 1.0m
Las dimensiones de la base como se indica en la Figura 3. Di´ametro interior 8.5m con un espesor
de 0.25m, el di´ametro total exterior 16.5m con un espesor de 0.5m y la longitud del volado 0.5m
4.5.2. Divisi´on de los Elementos Estructurales
La pesta˜na etiquetada con Division(FEM) de la ventana principal mostrada en la Figura 3 es
para establecer la discretizaci´on de la estructura para su posterior an´alisis mediante el M´etodo de los
Elementos Finitos, se debe especificar:
1. Direcci´on angular(general): donde se debe especificar el n´umero de divisiones en la direcci´on
angular para toda la estructura, por defecto est´a establecido en 36 divisiones, en este caso se
realiza una divisi´on cada 10o sexagesimales.
2. Direcci´on radial(c´upula): para establecer el n´umero de divisiones en la direcci´on radial, del radio
de la c´upula. por defecto considera 12 divisiones.
3. Direcci´on axial(cilindro): establece el n´umero de divisiones en la direcci´on axial del cilindro. Por
defecto est´a considerado 8 divisiones.
4. Direcci´on radial(base): establece el n´umero de divisiones en la direcci´on radial del radio de la
base, que coincide con el radio del cilindro. Por defecto est´a considerado 12 divisiones.
5. Direcci´on radial(volado): para especificar el n´umero de divisiones en la direcci´on radial del volado.
Por defecto est´a considerado 2 divisiones.
Es necesario que el n´umero de divisiones establecidos en cualquier direcci´on debe ser como m´ınimo
igual a dos.
4.5.3. Propiedades y Cargas
La pesta˜na etiquetada con Propiedades y cargas de la ventana principal mostrada en la Figura 3
es para establecer:
Sobrecarga en la c´upula.
Altura enterrada del reservorio, esta caracter´ıstica es opcional pudiendo activarse o desactivar
desde el menu Herramientas, por defecto se considera un altura enterrada de 5.0m y el peso
espec´ıfico del suelo 1800kgf
m3
El m´odulo de balastro del suelo, que se asigna a los elementos estructurales que forman la base,
por defecto es 2030.25 kgf
cm3
la resistencia a la compresi´on del concreto.
Finalmente, los par´ametros para generar la funci´on de la aceleraci´on pseudo espectral para
tanques.
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8. 4.5.4. Ejecuci´on de la Extensi´on
El programa verifica en lo posible los argumentos establecidos por el usuario, mostrando infor-
maci´on necesaria convenientemente, a´un as´ı, los datos generales deben ser coherentes con los de una
estructura real. Luego de establecer los argumentos generales, desde el men´u Herramientas elegir el
sub men´u Analizar en Sap2000 como muestra la Figura 5.
Figura 5: Ventana principal, men´u herramientas
La extensi´on por defecto inicializa un reservorio apoyado y sin considerar la viga circular en la
uni´on de la c´upula y el cilindro, si se desea considerar la viga circular en la estructura y/o considerar
como un reservorio enterrado se deben activar las opciones desde el men´u Herramientas como se
muestra en la Figura 5. Para cerrar Sap2000 elegir desde el men´u Herramientas el sub men´u Cerrar
Sap2000 y para abandonar el programa elegir el sub men´u Salir. Si todos los argumentos establecidos
son adecuados el DARC inicia con el dise˜no de la estructura en Sap2000, para este fin realiza los
siguientes procedimientos:
Realiza los c´alculos necesarios para modelar el efecto hidrodin´amico sobre el reservorio.
Inicializa Sap2000 v14.0.0 como un archivo nuevo, estableciendo su espacio modelo como un
archivo en blanco.
Define las propiedades de los materiales utilizados para dise˜nar la estructura: el concreto y el
acero de refuerzo.
Define los elementos estructurales; la c´upula es considerado como un elemento shell(c´ascara)
en su formulaci´on como membrana, la viga circular es considerado como un elemento c´ascara
gruesa, igualmente el cilindro del reservorio y las bases y volado que forman la fundaci´on de la
estructura.
Define los enlaces nodales para modelar el efecto de la masa convectiva (efecto hidrodin´amico)
sobre la estructura.
Define los patrones nodales para generar las cargas por presi´on del l´ıquido y el empuje lateral
ocasionado por el suelo.
Genera la funci´on de la aceleraci´on pseudo espectral para tanques [5]. El nombre de la funci´on
con que es exportado es ZICS.
Define los casos de carga: la carga por peso propio(CM), sobrecarga (CV), carga por presi´on del
l´ıquido(CL), carga por presi´on del empuje lateral del suelo(CE).
Define los casos de an´alisis: se a˜nade a los ya existentes e an´alisis modal y an´alisis por respuesta
espectral; todos los an´alisis se definen en el rango lineal.
. . .
Finalmente, prepara el modelo para el an´alisis, los grados de libertad y ordena a Sap2000 que
inicie con el an´alisis y dise˜no de la estructura entera.
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9. 5. Resultados
Todos los resultados (desplazamientos, reacciones en los apoyos, esfuerzos, fuerzas ´ultimas de di-
se˜no, los refuerzos) ser´an consultados en el mismo entorno de Sap2000 de manera habitual, dado que el
programa solamente automatiza los procedimientos habituales para crear el modelo, an´alisis y dise˜no
de la estructura t´ıpica. El reservorio circular es analizado completamente en un solo modelo: la c´upula,
la viga circular, el cilindro y la base de fundaci´on. La Figura 6 muestra el modelo generado por la
extensi´on sin intervenci´on del usuario y la Figura 7 muestra los esfuerzos en el cilindro, la c´upula y la
base.
Figura 6: Modelo del reservorio generado por DARC
Figura 7: Esfuerzos en el cilindro, c´upula y la base
Para obtener los aceros de refuerzo solamente se debe consultar a Sap2000, la extensi´on configura
las opciones de dise˜no para los elementos estructurales, en la Figura 8 muestra los refuerzos ocasionados
9

10. por la presi´on est´atica del l´ıquido, refuerzos en la direcci´on circunferencial y axial(correspondiente a
la direcci´on 1 y 2 de la orientaci´on local para cada elemento finito que conforma el cilindro y la viga
circular).
Figura 8: Refuerzos en el cilindro y la viga circular
6. Conclusiones
En el presente trabajo se logra crear una extensi´on para Sap2000, que automatiza los procedi-
mientos en la creaci´on del modelo, an´alisis y dise˜no de una estructura t´ıpica.
Gracias a la extensi´on se logra analizar la estructura entera para distintas discretizaciones del
dominio completo con facilidad, lo que permite evaluar la convergencia de los resultados.
La Interfaz de Programaci´on para Aplicaciones de Sap2000 se puede utilizar desde cualquier
lenguaje de programaci´on que sea capaz de implementar una interfaz.
Bibliograf´ıa
[1] Institulo de la Construcci´on y Gerencia. Reglamento nacional de edificaciones. 2006.
[2] American Concrete institute. Seismic desing of liquid containing concrete structures. Reported by
ACI Comittee 350.
[3] Computers and Inc Structures. Sap2000 API Documentation, 2008.
[4] Jason Beres Pierre Boutquin y Meeta gupta Jeff ferguson, Brian Patterson. La biblia de c#. Anaya
Multimedia, 2003.
[5] Ing. Juli´an Mej´ıa Z´u˜niga Mag. Ing. Jos´e Acero Mart´ınez. An´alisis din´amico de reservorios, su-
perficiales, circulares y rectangulares. Congreso Nacional de Ingenier´ıa Civil, Libro de Ponencias,
Ayacucho 2005.
10