DIMA
DIMENSIONAMIENTO DE MARCOS REGULARES
El programa DIMA arroja valores de análisis estructural con secciones transversales y momentos de inercia de prediseño para 312 tipos diferentes de marcos regulares con la siguiente geometría y tipos de cargas:
- Entrepisos: 1 a 10 de una crujía. 1 a 20 de 2 a 6 crujías. Las alturas de entrepiso H son iguales para los marcos tipo "A"; alturas iguales excepto la inferior que vale 1.5 veces las demás en los marcos tipo "B"; alturas iguales excepto las dos inferiores que valen 1.5 veces las demás en los marcos tipo "C". Las columnas son iguales por entrepiso.
- Crujías: Todas las crujías son de igual longitud L en cada marco, con trabes iguales por nivel.
- Nomenclatura: Marco "310B" significa marco tipo "B" de tres crujías y 10 entrepisos, el primero con una altura 1.5 veces la de los demás.
- Cargas: El programa analiza para el marco deseado los siguientes tipos de cargas vivas y muertas, considerándolas simultáneamente sobre todos sus elementos horizontales: carga uniformemente repartida, carga triangular, carga trapezoidal, carga concentrada al centro del claro.
- Cargas accidentales: El programa analiza dos tipos de carga accidental sísmica: acción sísmica estática general y acción sísmica estática en apéndices. De acuerdo al Reglamento de Construcción para el Distrito Federal del 2 de agosto de 1993, la elección del coeficiente sísmico "c" y el factor de comportamiento sísmico "Q=4" fijan automáticamente las cortantes sísmicas por entrepiso y sus desplazamientos correspondientes. La inclusión del peso del apéndice en la cúspide de la estructura, fija automáticamente su colaboración en cortante sísmica y en sus desplazamientos horizontales.
- Cargas Adicionales: Estas cargas son del tipo puntual sobre nudos y por entrepiso. Son generadas sobre el marco analizado por los marcos perpendiculares al mismo (ver ayuda en línea de campo "Cargas adicionales").
Este programa se ha desarrollado pensando en cubrir las necesidades de dimensionamiento de marcos que se presentan con frecuencia en el campo de la ingeniería estructural. Para obtener ayudas en línea durante la captura de datos solicitados por el programa, oprima la tecla F1.
El programa acepta diversidad de alturas de entrepiso, claros, módulos de elasticidad del concreto, coeficientes y factores de comportamiento sísmico, desalojamientos unitarios horizontales y cargas, arrojando finalmente, momentos de inercia y secciones transversales de prediseño congruentes con las mismas, dándole al estructurista la posibilidad de ajustarlas a su arbitrio y adecuarlas a su criterio y experiencia. Para las trabes, dado que la sección transversal se rigidiza con la acción de las losas que están coladas monolíticamente con ellas, se considera la sección bruta de concreto; para las columnas se usa también la sección bruta de concreto, ya que al estar sujetas a compresiones altas, su agrietamiento será mínimo.
La fijación del coeficiente de desplazamiento sísmico, que aparece en la pantalla con 0.009, pero que acepta cualquier valor elegido según el Reglamento, arroja el desplazamiento uniforme por entrepiso, excepto en las columnas inferiores, por la causa que se menciona más abajo. El Reglamento fija las diferencias máximas entre los desplazamientos laterales de pisos consecutivos en 0.006 veces la diferencia de elevaciones correspondiente, previendo que aquéllas puedan crecer hasta 0.012 veces la misma cuando los muros divisorios estén separados de la estructura o ligados con ella de manera que no sufran daños con las deformaciones de ésta. El programa prevé la utilización de la gama completa de estos desplazamientos, considerando al 0.009 como promedio. Sin embargo, como el mismo Reglamento, con el fin de evitar al estructurista un análisis de segundo orden, propone que el desplazamiento unitario horizontal por entrepiso no sobrepase el valor 0.08*V/W, siendo "V" el cortante calculado y "W" el peso de cargas vivas y muertas que operan encima de la elevación que se considera, el programa calcula este valor y lo compara con el obtenido en el marco analizado: si éste es mayor que aquél, aparecerá el desalojamiento por entrepiso correspondiente entre asteriscos. Esto significa que se debe rigidizar la estructura disminuyendo los desplazamientos laterales o incluir en el análisis el efecto de segundo orden o P-Delta iterado. El programa incluye esta implementación, como verá el Usuario más abajo. Finalmente, se muestra en la parte superior de la tabla de momentos de inercia y desplazamientos laterales, al período fundamental de oscilación, en segundos, calculado por la formula de Schwartz.
Una vez fijado el desplazamiento lateral unitario por entrepiso, el programa itera partiendo de sus informaciones básicas, para obtenerlo en todos los entrepisos de la estructura. Sin embargo, la cercania del empotramiento en la cimentación, rigidiza a las columas inferiores haciendo que sus desplazamientos sean algo menores que el solicitado. Esto está de acuerdo con los desplazamientos límite por entrepiso dados por el Reglamento, (0.08*V/W), ya dichos, que se hacen menores así como se acercan a la base.
El momento flexionante dado por el programa, en el entre-claro de las trabes, responde en magnitud y posición al máximo positivo en las mismas, que invariablemente responde también a la fuerza cortante nula, excepto para la existencia de la carga concentrada y el caso de trabes inferiores de marcos altos en las que el momento máximo positivo es dado por la contribución sísmica en el extremo de la trabe contrario al sentido del sismo, por lo que la fuerza cortante no puede ser nula en este punto.
Además, para prever que la estructura tenga un coeficiente de comportamiento sísmico de cuatro, que es el máximo previsto por el Reglamento para estructuras de concreto reforzado, aquél define ciertas condiciones mínimas que se deben de cumplir en las trabes y las columnas:
- Trabes: b >= L/30 (L, claro de crujía), d < L/4, d <= 3b, 25 cm <= b <= c1 (c1, dimensión mínima de columna).
- Columnas: c1, c2 >= 30 cms. (Columna mínima 30 x 30 cm), c1/c2 >= 0.4, H/c1 <= 15 (H, altura de entrepiso).
La dimensión mínima de la columna la liga el Reglamento a que la carga axial de diseño Pu > Ag*f'c/10. Para cierta carga y claro, esta condición puede no cumplirse y entonces se implica una sección de columna menor. En general, el lado mínimo de colummna y la base mínima de trabe que da el programa, son las necesarias por moti- vos de solicitaciones externas y desplazamientos horizontales. Sin embargo, se prevé que el estructurista pueda, como ya se dijo, ajustarlas para adecuarlas a éstos u otros requerimientos. (Ver ayuda en línea de campo para entrar a modificar las dimensiones de trabes y/o columnas).
La calidad del concreto se gobierna en el programa por medio del módulo de elasticidad, en T/m2. El programa acepta cualquier valor del mismo, aunque por norma del Reglamento para marcos dúctiles, la resistencia especificada del concreto no debe de ser menor que 200 kg/cm2. De cualquier manera, al ser tan amplia la diferencia entre la especificación dada por el Reglmento para el módulo de elasticidad:
- Concreto Clase 1: f'c >= 250 kg/cm2. Ec=14000 ¹f'c kg/cm2.
- Concreto Clase 2: f'c < 250 kg/cm2. Ec= 8000 ¹f'c kg/cm2.
La opción es obvia hacia el valor máximo para marcos dúctiles, aunque nada obsta para que el usuario opte por el que desée dentro del Reglamento. El tipo de acero a utilizar en el diseño, no lo recibe el programa directamente del usuario; esta información la recibió a partir de los datos paramétricos ya mencionados y determina las secciones transversales de pre-diseño, de acuerdo a las siguientes normas del Reglamento para marcos dúctiles:
Flexión.- Refuerzo mínimo por lecho: 0.7 ¹f'c bd/fy, Refuerzo máximo en tensión: 0.75 del porcentaje balanceado, Grado máximo de acero: 42, Es=2 x 10E6 kg/cm2.
Flexocompresión.- Refuerzo mínimo longitudinal: 0.01 bd, Refuerzo máximo longitudinal: 0.04 bd, Grado máximo de acero: 42, Es=2 x 10E6 kg/cm2, FR=0.6 (opción del Reglamento en flexocompresión)
Cortante.- Estribo mínimo para corte en flexión: #2.5 G42 a un espaciamiento no mayor que 0.25 d, u 8 veces el diámetro de la barra longitudinal más delgada. FR=0.6 (opción del Reglamento para cortante en flexión), Estribo mínimo para corte en flexocompresión: #3 G42 a un espaciamiento no mayor que 0.5 d; en las zonas de unión con trabes y cimentación excediendo un peralte o 60 cm hacia arriba y hacia abajo de la misma, y la mitad de la altura en la columna inferior, se dará un espaciamiento máximo de 0.25 d o 10 cm. FR=0.5 (opción del Reglamento para cortante en flexocompresión)
El programa da al usuario dos opciones para el análisis estructural:
N.-Sin deformaciones axiales. Esta opción se da al usuario para cálculos previos, como es la obtención de los valores de las cargas puntuales de interacción con otros marcos perpendiculares al analizado.
S.-Con deformaciones axiales en las columnas. El tiempo de análisis en esta opción es algo mayor que en la anterior, ya que itera las deformaciones axiales en las columnas y sus consecuencias flexionantes, de corte y desalojamientos laterales desde el principio.
Como se dijo anteriormente, el programa tiene implementado el análisis del efecto de segundo orden o P-Delta iterado y sus consecuencias flexionantes en la estructura y no es necesario hacer que el desplazamiento límite dado por el Reglamento sea el máximo permisible por este concepto. Además, siendo que los factores de amplificación para los momentos flexionantes en las columnas obtenidos por medio del factor P-Delta iterado son mayores que los dados por el método especificado por el Reglamento, no es necesario una ulterior amplificación de los mismos. Se opera en la siguiente forma:
N.-No implementa el efecto P-Delta iterado.
S.-Si lo implementa.
