Manual de programa DEPO, para calculo de edificios

1. DISEÑO ESTRUCTURAL DE
PORTICOS
D E P O
Por :
Arcesio Ortiz B.
2007

2. INDICE
Introducción
Antecedentes.-
Proceso De Calculo Estructural
Copia Del Programa
Ingreso De Datos
1.- Por Archivo / Teclado
2.- Nombre Del Portico
3.- Tipos De Elementos
4.- Numero De Tramos
5.- Numero De Pisos
6.- Numero De Tramos
7.- Barras En La Estructura
- Cargas En Las Barras
- Repetir Estados De Carga
8.- Nudos Cargados
Calculo Y Resultados
Nuevo
Cambia Fy Y Fc
Cambia Cargas
Reporte
Salida Pantalla
Graficos
Bibliografia
2007

3. Introducción .-
DISEÑO ESTRUCTURAL DE PÓRTICOS ORTOGONALES es un
programa que permite calcular estructuras planas, pórticos planos ,
cuyos miembros estén unidos en ángulos rectos – 90 grados - ,
pudiendo ser de hormigón , acero u otro material cuyas características
físicas sean conocidas.
Habiendo un sin numero de programas de cálculo y diseño estructural,
no sería muy práctico pretender que, crear un nuevo programa de esta
naturaleza pueda aparecer como una novedad. Pero creo que hay un
espacio, entre los que dominan programas de cálculo estructural y
aquellos que no utilizan el computador como herramienta básica para
estos propósitos.
Con estas consideraciones, el presente programa tiene su funciona
miento, entonces, en que:
- En nuestro medio- me refiero al ecuatoriano- los Softwares o
programas de cálculo de estructuras son en general, más
complicados de utilizar, por estar en otro idioma, o por el
número de variables que se deben ingresar.
- La mayoría de los ingenieros civiles y/o arquitectos, no
realizan los cálculos estructurales de una edificación, porque
ven a este proceso como algo “tedioso”, largo e innecesario
(injustificadamente).

4. - La facilidad de uso del presente trabajo y la objetividad de sus
resultados dan gran versatilidad al uso. Con los datos
preparados ingresarlos al programa toma un par de minutos.
- Una vez que se tienen los datos iniciales, (como número de
pisos de la estructura, número de tramos, elementos tipos,
dimensiones, cargas en barras y nudos) para alimentar el
cálculo, el proceso es simple y el ingreso de los datos y cálculo
en sí, toma, como tiempo promedio 1 segundo.
- La necesidad y la dificultad que a la vez, representa,
manualmente o por medio de otros programas, el tener un
gráfico de Diagrama de Momentos comprensible, y
- El estudio de los casos de diseño estructural –camino por el
que hemos pasado todos los profesionales e nuestra vida
estudiantil- se verá tremendamente facilitado y acelerado, creo,
por el uso del Diseño Estructural de Pórticos ( Ortogonales ).
(DEPO).
Vista así este trabajo va dirigido a aquellos – profesionales,
estudiantes y empresas- que necesiten una herramienta técnica, fácil y
práctica para calcular estructuras, de hormigón armado, metálicas,
ortogonales que en gran mayoría son las que tenemos a diario que
manejar.
El Autor.

5. Antecedentes.-
Proceso de Cálculo Estructural.-
El proceso del Cálculo estructural se resume a ingresar Datos de una
estructura, calcular y obtener Resultados, que sirven para diseñar los
elementos ( calcular las secciones de acero de refuerzos requeridas en
el hormigón ). Así:
DATOS CÀLCULO RESULTADOS
Geometría de Estructura
Geometría de barras: -Rigideces
Vigas, Columnas, Muros. -Momentos de
Dimensiones Empotramiento
Perfecto.
Rigideces -Giros
Mètodo de
Inercias Càlculo -Desplazamientos.
Cargas en las barras -Momentos finales
-Cortantes finales
Puntuales
Uniformes( por m2)
Cargas en los Nudos

6. El programa, recibe los datos de la estructura, calculada pórticos
planos ortogonales, dando como resultado los momentos, cortantes
giros y desplazamientos finales.
Fue desarrollado en Visual Basic 6.1, por ser un lenguaje de
programación de alto poder gráfico y facilita el ingreso de datos a
través del ratón, principalmente.
El programa recibe los datos en unidades compatibles, metros para las
longitudes de los tramos y alturas de los pisos, centímetros para las
dimensiones de los elementos o piezas, Toneladas, kilo Newtons, Kg,
etc., para las cargas y los procesa, Luego arma la matriz de rigideces
en base a las ecuaciones de Maney, sin considerar deformaciones
axiales, ni por temperatura, tomando en cuenta giros y
desplazamientos como incógnitas.
El Mètodo de càlculo de la matriz de rigideces, es el de Gauss-
Jordan; después distribuye los giros y desplazamientos por el mismo
sistema de Maney para obtener los Momentos y Cortantes finales.
Cabe destacar que al ingresar los datos de las dimensiones, el
programa determina, para los diafragmas, sus rigideces
automáticamente cuando la relación h/b del elemento es mayor a 4.

7. Copia del Programa.-
El programa DEPO, ya sea en diskette o en CD, está en un directorio
de trabajo llamado también DEPO. Esta carpeta debe primero copiarse
al disco duro del computador, a través del Explorador de Windows u
otro programa antes de empezar a trabajar para obtener mejores
resultados de velocidad.
Ingreso de Datos .-
El ingreso de datos, se lo realiza a través de plantillas, botones que
permiten interactuar para este propósito. Cada vez que se ha ingresado
los datos de una pantalla debemos hacer un clic en el botón Siguiente,
para pasar al siguiente menú.
El Programa solicita:
1. Por Archivo / Teclado : Si los datos van a ser ingresados por
teclado o a través de un archivo ya creado.
a).- Si escoge la opción Archivo , aparece una ventana con todos
los archivos guardados. Se debe seleccionar un o y hacer un clic
en Aceptar. El programa realiza los cálculos y luego pasa al Menú
General (Ver adelante - Càlculo y Resultados):

8. b).-Si se escoge la opción Teclado pasa a continuación:
2. Nombre del pórtico.- Se debe ingresar el nombre con el cual
vamos a identificar un pórtico y, volver a llamar el proceso de
cálculo. Como se indica este debe tener un máximo de 8
caracteres. Ej.: Portico1.

9. Grafico 1
3. Tipos de elementos.- Se debe tener claramente el número de
piezas, que sean vigas o columnas cuyas dimensiones no sean
repetidas y tabularlas. Por ejemplo:
Todas las columnas de una edificación son de 30x30cm, entonces
tengo tipo 1. Si luego tengo vigas de 30x50 serán tipo 2 y así
sucesivamente. Si tengo otra viga o columna en el edificio de
dimensiones por ejemplo 40x30 será tipo 3. Esto se puede apreciar
en el Gráfico 2:
4. Numero de tramos.- El número de vanos horizontales.
Grafico 2

10. 5. Numero de Pisos.- El número de entrepisos con sus alturas
independientes.
Presionando el botón Continuar y Ver Gráfico presenta la
primera pantalla gráfica (gráfico 4) con la distribución de los
nudos de la estructura.
Esto se recomienda imprimir, presionando el boton respectivo,
para tener en papel, la asignación de los tipos de elementos a las
barras – vigas o columnas – de la estructura.
Grafico 3
Cabe mencionar que si uno al ver el gráfico no está conforme con
el pórtico puede hacer un clic en el botón Atrás y modificar las
dimensiones.

11. Grafico 4
6. Barras de la estructura.- Aquí se define que tipo de elemento
1,2,3, etc., mencionado en el punto 3. se presenta el gráfico 5:
Grafico 5

12. A cada barra, sea viga o columna corresponde un tipo, de acuerdo
a los definidos en el punto 3. Es decir se asigna aquí las
dimensiones de los elementos. Dato necesario para calcular las
rigideces, inercias, etc..
La asignación puede ser realizada de dos maneras:
1) Asignando los tipos por piso a las vigas y columnas.
2) Asignando cada elemento definiéndolo por los nudos que lo
limitan.
Nota:
Para estructuras que no son uniformes hasta el piso superior,
teniendo toda la armazón, DEPO permite eliminar barras,
asignando tipo 0 – cero -.

13. Grafico 6
7. Cargas en las barras.- Aquí se permiten ingresar las cargas
Puntuales (1) o Uniformes (2) que actúan sobre las barras. Primero
las vigas y luego las columnas. Se debe tener las solicitudes
Mayoradas o Ultimas, calculadas con sus respectivos anchos
cooperantes para cada pórtico plano. (Ver gráfico 6)
El programa permite ingresar una combinación de hasta 5 cargas
puntuales y 5 cargas uniformes en cada barra. Los datos que el
programa pide son:

14. 1) Cargas uniformes.- ( Carga Viva, Sobrecargas Peso Propio,
etc.,)
 La magnitud en Ton/ml, KN/m, Kg/m, etc.,
 El punto inicial de la aplicación de la carga, generalmente
0, en m.
 El punto final de la aplicación, generalmente la longitud
total de la barra, L en m. ( este dato lo preasigna
DEPO pero puede ser modificado ).
2) Cargas Puntuales.- (Vehiculares)
 El valor de la carga. En Ton, KN, KG, etc.,
 Punto de aplicación, desde el lado derecho – en vigas – y
desde abajo – en columnas – en m, cm, etc.,
NOTAS:
- El programa, al presionar Siguiente, pasa a la siguiente barra.
Al presionar Salir pasa a la siguiente pantalla.
- Las barras van saliendo numeradas. Para las que tienen igual
cargas, solo presionamos Siguiente hasta completar todas las
barras cargadas.
- Generalmente las columnas no tienen cargas, a menos que sean
cargas laterales de empuje de tierras o agua.
- No debe confundirse, las cargas en las columnas con cargas
sobre los nudos, que es el siguiente paso.

15. Grafico 7
Repetir estados de carga .- Existen las funciones, para cuando el
usuario desea ingresar solamente el estado de carga en una viga o
columna y repetirlo en las demás (Grafico 6)- Tiene 3 opciones:
1.- Todas las vigas
2.- Pasando un vano.
3.- Todas las barras.
Luego de escoger su mejor opción se puede presionar el botón Ver,
para visualizar como queda la estructura aplicándole el estado de
carga deseado. (Grafico 7). Aparece una pantalla en donde se hace clic
en el botón Ver Cargas y Volver para regresar si se acepta.

16. 8. Nudos cargados.- Son las cargas laterales que soporta la
estructura. Se ingresan los nudos cargados que tenga la estructura,
hasta completar el número de nudos con carga.
 Número.- Que numero le corresponde al nudo cargado, de
acuerdo al gráfico del punto 5.
 FX.- Valor del empuje calculado y mayorado en X. sea en
Ton, KN, Kg, etc., siendo valor positivo de izquierda a
derecha.
 FY.- El valor de la carga en el Nudo hacia abajo positiva. (
Caso de Volados).
 Mz.- El valor en T-m, Kn-m, etc. Del momento actuante o
reemplazante de un volado u otro fenómeno ya
cuantificado.
(Ver grafico 8)
Grafico 8

17. Cálculo y Resultados.-
El menú principal del programa, (Ver grafico 9) es una pantalla que
tiene la información general de los datos ingresados, como Nombre
Grafico 9
del portico que esta siendo analizado, nudos, barras, nudos con carga,
barras con carga, etc. Este nos permite trabajar con los resultados, con
las siguientes opciones:
Nuevo.- Permite salir de esta pantalla e ingresar los datos de otro
pórtico.
Cambia fy – fc.- Permite cambiar los valores de módulo de
elasticidad fy y el esfuerzo de ruptura a la compresión de hormigón
f’c, con los cuales se van a diseñar las vigas en el archivo de

18. resultados. Los valores base son fy=4.200 Kg/cm2 y f’c=210 Kg/cm2.
(Ver grafico 10)
Cambia Cargas.-
Permite cambiar con la misma geometría de la estructura los estados
de carga que actúan sobre esta . Se debe dar un numero cuando se pide
: Ingrese el numero de hipótesis de carga, para diferenciar los reportes.
(Ver grafico 11)
Grafico 10
Reporte.- El programa crea en el directorio DEPO ( de trabajo ), un
archivo con el nombre del pórtico dado inicialmente y la extensión o
tipo REP o si es de otro estado de cargas Tipo RE1, RE3, etc.. Este se
puede abrir con cualquier editor de texto. Sea Microsoft Word o Word
Pad.

19. En este archivo están los datos y los resultados de los cálculos
realizados, así como una aproximación al diseño de las vigas, con la
sugerencia de la cantidad de acero de refuerzo necesitada en esta.
Este constituye la Memoria de Càlculo de la estructura dada por el
programa.
Grafico 11
Salida pantalla.- Esta opción permite al usuario ver en el monitor los
resultados del cálculo. (Ver grafico 12)
1) Rigideces k, a, k’, etc.
2) Cortantes.- Valoras del esfuerzo cortante V en las
unidades que se ingresaron las cargas.
3) Momentos, de empotramiento y finales Negativo –
extremos de barra – y Positivo centro de la barra.
4) Giros, rigideces sumadas de nudo y desequilibrantes.
Valores muy útiles para comprar resultados parciales.
5) Deltas.- Desplazamientos finales, rigideces T, T de pisos
etc.
6) Ecuaciones, permite ver las ecuaciones que conformaron la
matriz final de rigideces.

20. Grafico 12
Gráfico.- Esta opciòn nos cambia a una pantalla del Gráfico del
programa, en la cual tenemos todas las opciones que facilitan ver los
resultados del cálculo del pórtico. Deberemos presionar la opción
Presionando el botón de cada opción tenemos las siguientes opciones
a continuación::

21. Ver Gráfico. Permite ver la armazón de la estructura sin cargas.
(Ver grafico 13).
Grafico 13
Cargas. Permite ver las cargas sobres las barras y sobre los nudos.
(Ver grafico 14)
Grafico 14

22. Nudos. Permite ver la numeración de los nudos. Ver Grafico 15
Grafico 15
Barras. Permite ver la numeración de las barras. Grafico 16
Grafico 16

23. Rigideces. Presenta los valores de las rigideces k.. Grafico 17
Grafico 17
Giros. Presenta los valores de los giros en los nudos. Grafico 18
Grafico 18

24. Diag_Mom. / Diag Corte- Este botón cumple dos funciones: Presenta
el gráfico del Diagrama de momentos y el Diagrama de Cortante, de
la estructura. Grafico 19ª, 19b, respectivamente.
Grafico 19ª
Grafico 19b

25. Momentos.- Presenta los valores de los momentos negativos –
extremos – de las barras y en cabeza y pie de columna. Grafico 20
Grafico 20
M_Empot. Presenta los momentos de empotramiento perfecto en los
extremos. Grafico 21
Grafico 21

26. M - positivo. Visualiza los valores de los momentos en el centro de
las barras. Grafico 22
Grafico 22
Cortantes. Visualiza los esfuerzos cortantes en los extremos de las
vigas y en cabeza y pie de columna. Grafico 23
Grafico 23

27. Dimens. Permite recordar los valores de las dimensiones de cada
barra en centímetros. b/h.. Grafico 24
Grafico 24
Imprimir. Permite imprimir la actual pantalla por medio de la
impresora. Esta debe estar conectada y lista .
Salir. Sale de la Pantalla Gráfica.
NOTA: Todos estos datos son obtenidos, en unidades consistentes a
los datos suministrados por el usuario.

28. Bibliografía.-
- Cálculo de Estructuras.- Richard Guldan
- Análisis de Estructuras.- Mc Kormac Elling
- Manual de Visual Studio.- Microsoft.