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1.0 CONSIDERACIONES ESPECIALES PARA EL ANALISIS CON ELEMENTOS FINITOS EN SAP2000 V9.1.4

El presente documento pretende ilustrar de manera rápida las anomalías encontradas hasta el momento en el programa de análisis estructural mencionado, con el fin de prevenir la interpretación errónea de resultados y su correspondiente incidencia en los diseños posteriores.

1.1 ROTULACION DE ESFUERZOS DE CORTE

En la versión 9.1.4 del Programa SAP2000 se presenta un error de rótulos en la pantalla de entrega de resultados para los esfuerzos de corte normal al plano que contiene el elemento analizado, es decir, para V13, V23 y Vmax. A saber:

a) Al solicitar que se muestre en pantalla la solicitación V13, aparece un diagrama convincente para tal solicitación, pero rotulado como V23.

b) Al solicitar que se muestre la solicitación V23, aparece un diagrama rotulado como Vmax.

c) Al solicitar que se muestre la solicitación Vmax, aparece un diagrama rotulado como N1.

Conociendo este problema puede tacharse a mano en el diagrama impreso el rotulo equivocado y agregar el correcto.

1.2 USO DE ELEMENTOS QUE INCLUYAN DEFORMACIONES POR CORTE

Los elementos finitos tipo Shell de SAP2000 entregan mejores resultados al considerar las deformaciones y tensiones de corte. Esto se consigue definiendo el elemento como “Shell-Thick”.

1.3 RELACION DE LADOS

Recordar que un elemento de tipo Shell de razón de lados fuera del rango 0.5 a 2 comienza a perder precisión en los resultados, sobretodo cuando se ha usado la opción de “Shell-Thick”.

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1.4 VALORES DE LOS ESFUERZOS

Este es sin duda el punto mas importante que se debe tener en consideración al trabajar con elementos de tipo Shell.

Por defecto, el programa muestra curvas de nivel “promediadas” y continuas en todos los bordes de los elementos (“Stress Averaging – At All Joints”). Esto se hace sin considerar la continuidad física de los elementos, sino promediando los valores de igual denominación (F22, M22, F11, M11, etc.) de una de las placas con los de igual denominación en las otras placas, aún cuando se trata de fuerzas en distintas direcciones.

Pensemos por un minuto en una vista 3D de un modelo de muros, pensemos en algún punto en que se unan dos muros de llegada perpendicular, con una losa. Si pedimos por ejemplo el F22 (compresiones verticales, en general), se mostrará una superficie promediada y continua especialmente en las intersecciones losa muro (ver Fig. 1, 2 y 3).

Veamos el siguiente ejemplo, tomado de un modelo de fundaciones para un chancador primario.

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Fig. 1

Fig.2 Orientación de ejes principales de los elementos.

Fig. 3 Fuerzas F22, t/m, promediadas en 3D (“Stress Averaging – At All Joints”)

¿Tiene algún sentido físico que el diagrama F22, sea continuo entre muro y losa?

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Veamos ahora el mismo diagrama de la Fig.3, pero sin curvas promediadas, solamente el output tal y como el programa lo calculó (“Stress Averaging – None”). Ver Fig. 4.

Fig. 4 Fuerzas F22, t/m, directas (“Stress Averaging – None”)

Se aprecia una diferencia notable entre el diagrama de la Fig. 3 y el de la Fig. 4, aún tratándose de las mismas fuerzas y para la misma combinación. Claro está que el diagrama de la Fig. 4 se acerca más a lo que se espera.

Ahora pasemos de la vista de valores promediados (“Stress Averaging – At All Joints”) en 3D de la Fig.3, a una vista 2D del muro de color azul en la Fig. 2, o sea, una vista plana del mismo elemento, sin intervención aún. Ver Fig. 5.

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Fig. 5 Vista plana de muro del lado derecho en Fig. 3Ahora, teniendo la vista 2D del mismo muro (Fig. 5), volvemos a pedir el diagrama de F22 con curvas promediadas (“Stress Averaging – At All Joints”), ahora en 2D. Ver Fig.6.

Fig. 6 Fuerzas F22, t/m, promediadas en 2D (“Stress Averaging – At All Joints”)

Se aprecia una nueva distribución de fuerzas distinta a las presentadas por las Fig. 4 y 5.¿Que diagrama usamos para el diseño?

Siempre podremos usar los valores correspondientes al output original (“Stress Averaging – None”), sin promediar las curvas (“Stress Averaging – At All Joints”, Fig. 4). Otra alternativa es tener a la vista solo el muro o losa a diseñar y pedir curvas promediadas (“Stress Averaging – At All Joints”, Fig.6). Otra opción es definir cada muro o losa como grupo de elementos Shell1 y pedir las curvas promediadas sobre los grupos de elementos (“Stress Averaging – Over Objects and Groups”). Lo importante es entender que los resultados mostrados en la Fig. 3, que son los entregados por defecto, no significan absolutamente nada para efectos de diseño.

1 Un muro o losa será un elemento continuo internamente, es decir, puntos de encuentro de muros, losas, contrafuertes, vigas, etc. marcan líneas de separación entre elementos.

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Recomendamos definir cada muro o losa como un grupo de elementos distinto, de manera de poder solicitar como salida curvas promediadas dentro de los grupos (“Stress Averaging – Over Objects and Groups”), las cuales serán mostradas con iguales valores en vistas planas o tridimensionales.

Comité desarrollo Manual de Diseño ARA Ingeniería