375730046 manual-basico-etabs-2016

DISEÑO SISMORESISTENTE DE EDIFICIOS CON ETABS 2016
Ing. Ovidio Serrano Zelada – oserranoz@yahoo.es
MANUAL BÁSICO DE MODELAMIENTO, ANÁLISIS (ESTÁTICO Y DINÁMICO),
VERIFICACIONES Y DISEÑO DE UN EDIFICIO DE CONCRETO ARMADO, USANDO EL
PROGRAMA ETABS 2016, DE ACUERDO CON LA NORMA E.030 2016.
Aplicación 01.-
Edificio Sistema Estructural de Pórticos y Muros de Cortante de cinco niveles. Análisis Sísmico Dinámico por Combinación
Modal Espectral.
 Uso : Oficinas Concreto f’c= 210 Kg/cm2
 Ubicación : Chiclayo Acero fy = 4200 Kg/cm2
 Suelo : Flexible
 Vigas XX : 0.30m x 0.60m
 Vigas YY : 0.30m x 0.50m
 Columnas : 0.40m x 0.40m y 0.50mx0.50m
 Muros : e=0.25m y e=0.30m

Solución ETABS 2013.-
Paso 1 [Selección del modelo]:
 FILE/NEW MODEL
Paso 2 [Definir Unidades]:
 Ejecute el programa ETABS. Seleccione las unidades en las que desea trabajar. Esta opción se encuentra en
MODEL INITIALIZATION de la pantalla principal de ETABS, como se muestra a continuación.
Luego OK.

Paso 3 [Definir entorno de trabajo/GRILLAS]:
 Digite el número de líneas en la dirección X y en la dirección Y, así mismo el número de niveles, el nivel de
entrepiso de cada nivel correspondiente.
 TYPICAL STORY HEIGHT: Altura de entrepiso típico
 BOTTOM STORY HEIGHT: Altura de entrepiso del primer nivel
Luego seleccionar CUSTOM GRID SPACING / Edit Grid Data, para la edicion de la grilla / Luego OK.

Luego seleccionar CUSTOM STORY DATA / Edit Story Data, para la edicion de altura de entrepisos / Luego OK - OK
Vista en planta y en 3d del entorno de trabajo (grillado – ejes de trabajo)

Paso 4 [Definir Unidades consistentes]:
Seleccione las unidades iniciales en las que desea trabajar, ya que al inicio solo se definió el sistema de unidades MKS.
Esta opción se encuentra en la parte inferior derecha de la pantalla principal de ETABS 2013, como se muestra a
continuación.
UNITS / CONSISTENT UNITS / Luego OK.
Paso 5 [Definición de propiedades de los materiales]: Editamos el material de concreto 4000 psi que el programa
considera por defecto.
 DEFINE/MATERIAL PROPERTIE/MODIFY SHOW MATERIAL
Concreto f’c=210 Kg/cm2

- Modificamos los datos (weight per Unit Volume = 2.4 tonf/m3)
- E = 15 000*sqr(210) - Esto se calcula usando la calculadora del programa (shift+enter en el espacio
correspondiente al “E”)
Shift+enter

Los valores quedaran de la siguiente manera:
Editamos el material de A615Gr60 que el programa considera por defecto.
 DEFINE/MATERIAL PROPERTIE/MODIFY SHOW MATERIAL
Acero fy=4200 Kg/cm2 (Acero Grado 60)

Cambiar los valores predeterminados por los resaltados:

Propiedades de materiales Definidas / OK.
Paso 6 [Definición de las secciones de los elementos]:
 DEFINE/SECTION PROPERTIES/FRAME SECTION/ADD NEW PROPERTY

COLUMNA 0.40x0.40:

COLUMNA 0.50x0.50: ADD NEW PROPERTY ó ADD COPY OF PROPERTY.

VIGA 30*60:
 DEFINE/SECTION PROPERTIES/FRAME SECTION/ADD NEW PROPERTY

VIGA 0.25x0.50: ADD NEW PROPERTY ó ADD COPY OF PROPERTY.

LOSA ALIGERADA, h=0.20m
 DEFINE/SECTION PROPERTIES/SLAB SECTION/ADD NEW PROPERTY

Descansos y rampas para escalera (15cm)
 DEFINE/SECTION PROPERTIES/SLAB SECTION/ADD NEW PROPERTY

MURO DE CORTE, e=0.25m
 DEFINE/SECTION PROPERTIES/WALL SECTION/ADD NEW PROPERTY

MURO DE CORTE, e=0.30m: ADD NEW PROPERTY ó ADD COPY OF PROPERTY.

Paso 7 [Dibujar Columnas]:
 En Planta, Story5 , Similar Stories
 Draw/Draw Line Objects/Create Columns in Region or at Clicks (Plan,Elev,3D)…

Dibujamos primero las COLUMNAS 0.40X0.40
Dibujamos luego las COLUMNAS 0.50X0.50

Paso 8 [Dibujar Vigas XX]:
 Draw/Draw Line Objects/Create Lines in Region or at Clicks (Plan,Elev,3D)…

Paso 9 [Dibujar Vigas YY]:
 Draw/Draw Line Objects/Create Lines in Region or at Clicks (Plan,Elev,3D)…
Paso 10 [Eliminar Vigas y columnas que no son necesarias]:
 Seleccionarlas
 Suprimir

Paso 11 [Dibujar Muros de Corte]:
MURO25
 Draw/Draw Area Objects/Create Walls in Region or at Click (Plan,Elev,3D)…

Dibujamos primero los muros de 25cm
Luego los muros de 30cm
 Draw/Draw Area Objects/Create Walls in Region or at Click (Plan,Elev,3D)…

Paso 12 [Dibujar Losa]:
Losa20
 DRAW/DRAW AREA OBJECTS/DRAW AREAS…

Paso 13 [Cambiar Dirección de la Losa]:
 Seleccionar Losa: SELECT/SELECT/PROPERTIES/SLAB SECTION/LOSA ALIGERADA
 ASSIGN/SHELL AREA/LOCAL AXES

Paso 14 [Dividir los Muros (MESH EXTERNO)]:
Para una mejor distribución de esfuerzos dentro del elemento.
 Seleccionar muros a dividir: SELECT/SELECT/PROPERTIES/WALL SECTION/MURO 25 y MURO 30.
 EDIT/EDIT SHELLS/DIVIDE SHELLS

Paso 15 [Asignar Restricciones a los apoyos]:
 Seleccionar las juntas de la cimentación
 One Story
 Assign/Joint/Point/Restraints (Supports) …

Paso 16 [Definir Patrones de cargas]:
 DEFINE/LOAD PATTERNS
Paso 17 [Asignar las cargas actuantes]:
Carga Muerta:
Primero, Segundo, Tercero y Cuarto Nivel: 150 Kg/m2
Azotea: 100 Kg/m2
En vigas: 500 kg/m
En parapeto: 250 kg/m
Carga Viva
Primero, Segundo, Tercero y Cuarto Nivel: 250 Kg/m2
Azotea: 100 Kg/m2
Asignar Cargas:
Carga Muerta: DEAD
 Seleccionar Losas de Primero, Segundo, Tercero y Cuarto Nivel
 ASSIGN/SHELL LOADS//UNIFORM…

 Seleccionar Losas Azotea
Carga Viva: LIVE
 Seleccionar Losas de Primero, Segundo, Tercero y Cuarto Nivel

 Seleccionar Losas Azotea
Hacer las alternancias de cargas Live1 y Live2 en el primer, segundo, tercer y cuarto piso, (menos en la azotea).
LIVE1: Story1:

LIVE2: Story1:
Cargas en vigas: en primer, segundo, tercer y cuarto piso la carga muerta (DEAD), será: 500kg/m
Seleccionar vigas: ASSIGN/FRAME LOADS/DISTRIBUTED…

En azotea (En parapetos), asignaremos una carga de: 250 kg/m

Debiendo quedar por ejes de la siguiente manera:
Paso 18 [Asignar Brazos Rígidos]:
 Seleccionar vigas y columnas
 ASSIGN/FRAME/LINE/END (LENGTH) OFFSETS…

Paso 19 [Diafragmar la Estructura por piso]:
 Seleccionar la planta del primer nivel
 ASSIGN/JOINT POINT/DIAPHRAGMS…

Proceder de igual forma para crear los Diafragmas de todos los niveles.
 Seleccionar la planta del segundo, tercero, cuarto y quinto nivel independientemente.
 ASSIGN/SHELL AREA/DIAPHRAGMS…

Proceder de igual forma para crear los Diafragmas de todos los niveles.
Paso 20 [Dibujamos escaleras y cajas de ascensor en azotea]:
Dibujar para el primer piso, y para el segundo piso individualmente, luego replicar la escalera del segundo piso para
el tercer, cuarto y quinto piso.
. SELECCIONAR ESCALERA DEL SEGUNDO PISO/EDIT/REPLICATE/STORY

- Asignamos carga viva (LIVE) a escaleras: 400kg/m2
- Seleccionamos las escaleras: SELECT/SELECT/PROPERTIES/SLAB SECTIONS…
ASSIGN/SHELL LOADS/UNIFORM…

- Agregamos un piso para dibujar las cajas de los ascensores en la azotea.
CLICK DERECHO EN LA PARTE EN BLANCO/ADD MODIFIC GRIDS

CLICK DERECHO EN STORY5
OK/OK
Luego eliminar todos los elementos del piso adicionado a excepción de los muros del ascensor y las vigas, le
colocamos loza maciza, por practicidad del ejemplo usaremos la loza descanso-rampa que ya hemos creado.

Paso 21 [generamos vigas de acople en ascensores, desde las vigas]:
SELECCIONAMOS LAS VIGAS QUE ESTAN ENTRE LOS MUROS DEL ASCENSOR
Luego: EDIT/EXTRUDE/EXTRUDE FRAMES TO SHELLS

Paso 22 [Definición de la forma de calcular el peso de la estructura]:
 DEFINE/MASS SOURCE…
Paso 23 [Definición de la carga de sismo – Análisis Dinámico por Combinación Modal Espectral]
Definir el Espectro de Pseudo Aceleraciones según la Norma E.030
 DEFINE/FUNCTIONS/RESPONSE ESPECTRUM

Elegiremos los parámetros según corresponda a nuestro ejemplo.
ASUMIREMOS ADEMAS R=6 (Muros Estructurales), Ia=1 y Ip=1; luego verificaremos estos valores.
Crear también uno en dirección Y.
Definir Espectros de Respuesta
 DEFINE/LOAD CASES

Para Sismo Dinámico en dirección “X”
Dir.Y= 9.8067*0.3
Dir.Z= 9.8067*(2/3)

Para Sismo Dinámico en dirección “Y”

Paso 24 [Participación modal]
- DEFINE/MODAL CASES
----------->>>>>>>>> CORRER PROGRAMA
3 MODOS POR PISO

ANÁLISIS SÍSMICO ESTÁTICO:
1. Verificamos periodos fundamentales en “X” y “Y”, por participación de masas.
- DISPLAY/SHOW TABLES

Como ambos periodos no sobrepasa Tp=0.6; entonces C=2.5 en ambas direcciones.
- Coeficiente para cortante en la base: Como en ambas direcciones los parámetros son los mismos, el
coeficiente también lo será.
- Coeficiente de altura de edificación “K”.
Como en ambas direcciones el periodo fundamental es menor a 0.5, entonces K=1; si el periodo fuese
mayor que 0.5, entonces K=0.75+0.5T; T=Periodo fundamental
2. Insertamos los coeficientes a etabs:
- DEFINE/LOAD PATTERNS
Z = 0.45 Factor para Zona Sísmica 4
U = 1.00 Factor de Uso (oficinas)
C = 2.5
S = 1.05 Factor de suelo (Suelo Tipo S2)
R = 6.00 Muros estructurales
0.1969
SxE

VERIFICACIONES MEDIANTE ANÁLISIS ESTÁTICO Y DINÁMICO, SEGÚN NORMA E-0.30
2016:
1. VERIFICACIONES GENERALES. (VOLVEMOS A CORRER EL PROGRAMA)
1.1. VERIFICACIÓN DE PARTICIPACIÓN DE MASA TOTAL.
VERIFICAMOS EN ETABS: DISPLAY/SHOW TABLES
Se verifica que en ambas direcciones sí se supera el 90% de participación de la masa total.

1.2. VERIFICACIÓN DE DERIVAS (DRIFTS)
Creamos combinación de DESPLAZAMIENTOS:
- DEFINE/LOAD COMBINATIONS…

Volvemos a correr el programa.
Para verificar derivas – desplazamientos laterales, tomar en cuenta la siguiente parte de la norma:
Extraemos derivas de etabs:
- DISPLAY/SHOW TABLES…

Como podemos verificar, ninguna deriva es mayor que 0.007; por lo que sí cumple con esta verificación.

1.3. VERIFICACIÓN DE SISTEMA ESTRUCTURAL.
Verificaremos el porcentaje de absorción de fuerzas cortantes basales de los muros de corte, respecto al porcentaje
de la fuerza cortante basal que absorben todos los elementos.
- Verfificación en dirección “X”.- Nos vamos a vista en planta>base, y selecionamos todos los puntos.
Luego: DISPLAY/SHOW TABLES…
- Seleccionamos combo SX-D, y exportamos la tabla a Excel.
- Realizamos la sumatoria de la columna donde se encuentra los valores de las fuerzas cortantes en “X”
- Luego seleccionamos los puntos correspondientes a los muros de corte en la base y exportamos los
mismos datos y hacemos sumatoria.
- Hacemos lo mismo para la dirección en “Y”

- Tomamos en cuenta:

- Realizamos los cálculos necesarios para obtener el porcentaje de absorción de la fuerza cortante en la
base de los muros de corte.
En ambas direcciones el valor supera al 70%, por lo tanto, se verifica que la estructura corresponde a un sistema
estructural de Muros estructurales, como habíamos asumido al principio.
2. VERIFICACIÓN DE FACTORES DE IRREGULARIDAD (Ia, Ip)
2.1. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN ALTURA
- Obtenemos los valores de las derivas en ambas direcciones como se hizo anteriormente, y se verifica.
Se verifica que la estructura es regular.

2.2. IRREGULARIDAD DE RESISTENCIA – PISO DEBIL
- Obtenemos las fuerzas cortantes desde:
DISPLAY/SHOW TABLES…
El “Story 6”, no se tomará en cuenta por ser azotea.

- Procedemos a verificar:
2.3.IRREGULARIDAD EXTREMA DE RIGIDEZ y IRREGULARIDAD EXTREMA DE RESISTENCIA: No
presentan estas irregularidades EXTREMAS, por lo analizado en las dos verificaciones anteriores.

2.4. IRREGULARIDAD DE MASA O PESO
- Creamos una combinación para peso, tomando en cuenta la norma.
DEFINE/LOAD COMBINATIONS…
 Corremos el programa

Procedemos a verificar:
El factor de relación no es mayor a 1.5 en ninguno de los casos, por lo tanto es regular.

2.5. IRREGULARIDAD GEOMÉTRICA VERTICAL: Las dimensiones en planta se mantienen en todos los niveles, por
lo tanto es regular.
2.6. IRREGULARIDAD EN LOS SISTEMAS RESISTENTES: Los elementos estructurales resistentes, se mantienen en
todos los niveles, sin cambiar de dimensiones, por lo tanto es regular.
------>>>>>>>> POR LO TANTO NUESTRA ESTRUCTURA ES REGULAR EN ALTURA; POR LO QUE: Ia=1

3. IRREGULARIDADES ESTRUCTURALES EN PLANTA (Ip)
3.1. IRREGULARIDAD TORSIONAL: Ya que ninguna deriva sobre pasa el 50% de la máxima permitida en ambas
direcciones, se omite esta verificación, siendo la estructura regular.
3.2. IRREGULARIDAD TORSIONAL EXTREMA: Se aplica el mismo criterio que lo anterior.
3.3. IRREGULARIDAD POR ESQUINAS ENTRANTES.
- Longitud de la estructura en “X”= 31.5m
- El 20% de 31.5m=6.30m
- La estructura presenta una esquina entrante de 6m por cada lado, con un total de 12m de
esquinas entrantes.
- Este criterio se aplica a la otra dirección, que también presenta entradas entrantes mayores al
20%.
- Por lo tanto la estructura es irregular por esquinas entrantes.
- Ip=0.90
3.4. IRREGULARIDAD POR DISCONTINUIDAD DEL DIAFRAGMA. Los diafragmas se mantienen iguales en todos los
pisos, por lo tanto es regular.

3.5. IRREGULARIDAD POR SISTEMAS NO PARALELOS: Todos los ejes de la estructura son perpendiculares entre
ambas direcciones, por lo tanto es regular.
>>>>>>>> POR LO TANTO NUESTRA ESTRUCTURA ES REGULAR EN ALTURA; POR LO QUE: Ip=0.90
- Por lo que el factor de reducción sísmica R=6*1*0.9=5.4
- Con este resultado se creará un espectro de respuesta sísmica diferente, con R=5.4 en ambas
direcciones.
- Luego se verificara si existe la necesidad de escalar dichas fuerzas.

Se cambia los espectros de respuesta en: DEFINE/LOAD CASES…
Se hará para ambas direcciones (Sismo dinámico en “X” y en “Y”)

4. FACTOR DE ESCALA
Se interpreta como: La fuerza cortante en el primer piso por análisis dinámico deberá ser al menos el 80% de la fuerza
cortante del primer piso por análisis estático, en estructuras regulares; y al menos el 90% en estructuras irregulares.
De no cumplir con estos aspectos, se deberán escalar todas las fuerzas dinámicas, mediante un factor de escala.

- Obtenemos la cortante en la base en ambas direcciones (estática y dinámica.
Para dirección “X”

Para dirección “Y”
- Realizamos los cálculos necesarios para calcular los factores de escala en ambas direcciones:
- Como se puede observar, la fuerza dinámica no llega al 90% de la fuerza estática, como lo establece la
norma, por lo tanto se deberán utilizar los factores de escala en ambas direcciones.
- En la dirección “X” el factor de escala es= 1.029; y en “Y”=1.058
- El factor de escala multiplicará a los factores de escala ya presentes en las fuerzas dinámicas.
DEFINE/LOAD CASES

Para el sismo dinámico en “X”, multiplicamos a los 3 factores, por 1.029.
Quedando:
Para el sismo dinámico en “X”, multiplicamos a los 3 factores, por 1.058.

DISEÑO DE VIGAS, COLUMNAS, MUROS ESTRUCTURALES Y COLUMNAS.
1. [Definición de las combinaciones de carga]
COMB 1 : 1.4DEAD+1.7LIVE ADD
COMB 2 : 1.4DEAD+1.7LIVE1 ADD
COMB 3 : 1.4DEAD+1.7LIVE2 ADD
COMB 4 : 1.25DEAD+1.25LIVE+1.0 SISMOX ADD
COMB 5 : 1.25DEAD+1.25LIVE - 1.0 SISMOX ADD
COMB 6 : 1.25DEAD+1.25LIVE+1.0 SISMOY ADD
COMB 7 : 1.25DEAD+1.25LIVE - 1.0 SISMOY ADD
COMB 8 : 1.25DEAD+1.25LIVE1+1.0 SISMOX ADD
COMB 9 : 1.25DEAD+1.25LIVE1 - 1.0 SISMOX ADD
COMB 10 : 1.25DEAD+1.25LIVE1+1.0 SISMOY ADD
COMB 11 : 1.25DEAD+1.25LIVE1 - 1.0 SISMOY ADD
COMB 12 : 1.25DEAD+1.25LIVE2+1.0 SISMOX ADD
COMB 13 : 1.25DEAD+1.25LIVE2 - 1.0 SISMOX ADD
COMB 14 : 1.25DEAD+1.25LIVE2+1.0 SISMOY ADD
COMB 15 : 1.25DEAD+1.25LIVE2 - 1.0 SISMOY ADD
COMB 16 : 0.9CM+1.0 SISMOX ADD
COMB 17 : 0.9CM-1.0 SISMOX ADD
COMB 18 : 0.9CM+1.0 SISMOY ADD
COMB 19 : 0.9CM - 1.0 SISMOY ADD
ENVOLVENTE : ENVELOPE (Envolvente de todas las combinaciones anteriores)
 DEFINE/LOAD COMBINATIONS…

De la misma manera creamos las 19 combinaciones.

Luego creamos nuestra combinación de RESISTENCIA ÚLTIMA - ENVOLVENTE.
2. [Definir nombres de muros con la opción PIERS]:
 Creamos PIERS: DEFINE/PIER LABELS…
 Creamos tantos labels, como muros tengamos en nuestra estructura.

Asignamos a cada muro un nombre de PIER
- Seleccionamos el muro a nombrar.
- Luego ASSIGN/SHELL/PIER LABEL…
Nombramos a todos los muros, para facilitarnos al momento de extraer esfuerzos por cada muro.

3. [CHEQUEAR ERRORES EN EL MODELADO]:
 ANALYZE / CHECK MODEL

4. Corremos el programa
5. [DISEÑO DE ELEMENTOS DE CONCRETO ARMADO]:
a. Revisamos – establecemos las preferencias de diseño para frames (vigas y columnas)
DESIGN/CONCRETE FRAME DESIGN/VIEW/REVISE PREFERENCES…
b. Si se desea cálculos más exactos, se cambiaran los valores predeterminados según norma ACI, por
los valores que establece la norma peruana E-0.60.
6. Seleccionamos combinaciones para el diseño.
DESIGN/CONCRETE FRAME DESIGN/SELECT DESIGN COMBINATIONS…
Seleccionamos y pasamos, todas las combinaciones a excepcion de PESO, y
DESPLAZAMIENTOS.

7. Analizamos la estructura para el diseño en sí.
DESIGN/CONCRETO FRAME DESIGN/START DESIGN-CHECK
ó
 CLICK ICONO
Cambiamos las unidades, para visualizer las áreas en cm2.

8. DISEÑO DE VIGAS.
Nos vamos a la vista en elevación de cualquier eje, para ver las áreas de acero necesarias
para el diseño de vigas.
Escogemos cualquier viga para diseñar.
Se diseñará a criterio (distribución de los aceros), con las áreas obtenidas, teniendo en
cuenta la norma vigente, tanto para refuerzo longitudinal, como para refuerzo transversal
(estribos).
9. DISEÑO DE COLUMNAS.
Al igual que en vigas el programa ETABS, nos arrojará las áreas de acero para columnas, teniendo en cuenta
las cuantías mínimas (1%)

Al realizer clic derecho en cualquier element, se desplegará una hoja con todos los detalles de los cálculos
hechos por el programa para determiner las diferentes áreas de acero.
Si existiesen errors en algún element, el programa nos notificará cambiando el color del elemento, y aparecerá las
letras “O/S”; estos errores se pueden subsanar cambiando la sección transversal del elmento.
10. [DISEÑO DE MUROS DE CORTE]:
 DESIGN/SHEAR WALL DESIGN/START DESIGN-CHECK
ó
CLICK ICONO
 DESIGN/SHEAR WALL DESIGN/DISPLAY DESIGN INFO

11. CHEQUEAR LOS ELEMENTOS QUE FALLAN.
DESIGN/CONCRETE FRAME DESIGN/VERIFY ALL MEMBERS PASSED

- TENER EN CUENTA, QUE EL PRESENTE MANUAL DE ETABS MUESTRA LAS ÁREAS DE
ACERO NECESARIAS PARA CADA ELEMENTO ESTRUCTURAL, EL DISEÑO Y
DISTRIBUCIÓN DEL REFUERZO DE CADA UNO, DEPENDERÁ DEL CRITERIO DEL
PROYECTISTA, SIGUIENDO LAS NORMAS VIGENTES DE CONCRETO ARMADO (E-0.60).
- ETABS TAMBIÉN NOS MUESTRA LAS OPCIONES DE DISEÑO Y DISTRIBUCIÓN DE LOS
REFUERZOS PARA LOS ELEMENTOS ESTRUCTURALES.

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