Me gustaría mencionar algo importante respecto de lo que se trata de informar en el vídeo, considerando que, el autor menciona en varias ocasiones que las losas membrana son "una primera aproximación"; esto no es correcto y es un error que cometen muchos ingenieros incluso con años de experiencia; para realizar una modelación utilizando ETABS, primero es necesario conocer las diferencias entre los distintos tipos de losas, leer los manuales asociados y en última instancia tomar cursos de especialización en este tema (RUclips no basta); para luego poder decidir qué tipo de losa implementar en cada caso, y luego no mencionar que corresponden a aproximaciones, sino a diferentes modelos de análisis que deben ser usados en casos distintos. Recordando que al final son solo eso, modelos. Dicho esto, me gustaría agregar los comentarios siguientes, algunos de los cuales son extraidos de paper “Modelación de Losas para el Diseño Sísmico de Edificios”, de Ricardo E.Barbosa C. Ph.D y José Joaquín Álvarez E. M.I, el cual puede ser encontrado facilmente en internet. 1) Según la ACI-318-14 en su numeral R18.12.1, menciona que los diafragmas cumplen la función de apoyar los elementos de la edificación, tales como muros, particiones y fachadas, y que, además, resisten fuerzas horizontales, pero NO actúan como parte del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas. A su vez, los diafragmas rígidos transfieren las fuerzas laterales desde el punto de aplicación de estas fuerzas, a los elementos verticales del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas, y finalmente logran interconectar los diferentes componentes del sistema vertical de resistencia ante fuerzas sísmicas con la adecuada resistencia, rigidez y ductilidad de tal manera que la edificación responda de acuerdo con lo buscado en el diseño. Los diafragmas deben diseñarse tal que sean capaces de transferir las fuerzas a los elementos colectores y a los elementos verticales del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas. (No que ellos en sí tengan la capacidad de resistir fuerzas sísmicas, aunque esto puede suceder en la realidad). 2) El uso inapropiado de elementos finitos tipo Shell (Cascarón) para modelar losas de concreto reforzado en el diseño sísmico de edificios se ha extendido recientemente debido en parte a las características de los procedimientos que algunos programas como ETABS usan para distribuir las cargas de gravedad de piso, hacia las vigas y muros de apoyo. En dicho programa, el método usado para distribuir las cargas de piso depende del tipo de elemento usado para modelar las losas. Es cierto que el método implementado para el caso en que las losas se modelan con elementos tipo Shell presenta ventajas en casos generales de geometría compleja y cuando se tienen paneles de losa que no están apoyados en sus cuatro lados, esto viene muy bien para diseñar las losas bajo cargas GRAVITACIONALES. Sin embargo, la idealización de las losas con elementos tipo Shell en el ANÁLISIS SÍSMICO, implica la consideración de que las losas contribuyen a resistir las fuerzas inerciales por flexión fuera de su plano, creando un efecto de pórtico con los muros, lo cual se contradice con las condiciones de diseño que expliqué en el punto 1. La restricción al giro creada por la resistencia a momento de la losa, reduce drásticamente las derivas (Drift) de pisos calculadas y el refuerzo requerido en los elementos verticales del sistema de resistencia sísmica. Para poder contar con esas reducciones, sería necesario asegurar que las losas puedan efectivamente resistir esos momentos y cortantes producidos por el sismo, acorde a las provisiones para diseño sismo resistente, lo cual en la práctica NO es posible. 3) El elemento membrana es un elemento tipo diafragma que solo tiene rigidez en su plano, restringiendo los desplazamientos en el plano U1 y U2 y la rotación alrededor del eje normal R3. El elemento no ofrece restricción al desplazamiento normal U3 ni a las rotaciones R1 ni R2. Las fuerzas internas que resiste el elemento son las fuerzas en el plano F11 y F22 y el cortante en el plano V12, esto permite usarlo como diafragma rígido para el modelado sísmico de la estructura. Como contraparte, el elemento tipo Cascarón o Shell consiste en la superposición de un elemento tipo membrana y un elemento tipo placa. El elemento posee rigidez en el plano y fuera del plano, ofreciendo restricción en los seis grados de libertad. El elemento resiste fuerzas en el plano F11 y F22, cortante en el plano V12, cortante transversal V12 y V23, momentos de flexión fuera del plano M11 y M22 y momento de torsión fuera del plano M12, esto lo hace idóneo para calcular las cuantías de la losa bajo cargas gravitacionales, no así para modelar la losa como diafragma rígido que solo sirve para transmitir las fuerzas laterales a los elementos que de verdad tienen que resistir las fuerzas producidas por el sismo. 4) Debido a que en el diseño de losas de concreto reforzado no resulta práctico cumplir con los requisitos de diseño sismo resistente para elementos sometidos a flexión por sismo, como estribos de confinamiento, provisiones de cortante, dimensiones mínimas y demás requisitos del Cap. 18 ACI-318-14 (por mencionar esta versión del código), en el diseño sísmico de edificaciones, las losas de piso universalmente se modelan considerando solamente su acción como diafragmas. 5) Unificando los puntos anteriores, el correcto método de modelado, debería utilizar las losas tipo Shell solo para diseñar las losas para cargas gravitacionales, con lo cual, es posible obtener de manera correcta las cuantías de acero de refuerzo a flexión, y las distintas verificaciones que la norma exige. Esto es posible de realizar al momento de correr el modelo, descartando la combinación de cargas sísmicas, es decir, no incluir el caso modal. Una vez diseñada la losa, es posible guardar una copia del documento en ETABS y realizar ahora sí el análisis sísmico, en la copia del modelo, pero cambiando el tipo de elemento losa a usar. 6) Continuando con el caso anterior, si se requiere analizar la componente sísmica, y una vez que ya hayamos diseñado la losa para cargas gravitacionales utilizando elemento Shell, podemos pasar a diseñar los elementos resistentes agregando el caso sísmico. Como estamos trabajando en una copia del modelo, podemos asignar a la losa elemento tipo Membrana, asignar diafragma rígido, y recién ahora empezar el análisis sísmico, ya sea por métodos estáticos o modal espectral. Una vez asignada la losa como Membrana, estamos asegurando que solo va a transmitir rigidez en su plano y, que además, al asignar diafragma rígido, la losa se mueve en su plano como un cuerpo rígido; dicho esto, ahora podemos calcular correctamente las cuantías de acero para vigas, columnas etc., sin preocuparnos de lo que pasa con la losa, porque no nos interesa que transmita rigidez al sistema, ni que soporte las fuerzas sísmicas asociadas y además ya hemos diseñado la losa anteriormente para cargas gravitacionales sin contar el caso sísmico, es decir, ahora solo estamos utilizando la losa para transmitir las fuerzas laterales a los elementos que SÍ deben aportar resistencia sísmica. 7) Recomiendo leer el documento citado al comienzo, además de nunca olvidar que aún cuando en la vida real las losas puedan contribuir a resistir esfuerzos fuera de su plano y eventualmente ayuden a los demás elementos resistentes del sistema a soportar las fuerzas debidas al sismo, al momento de modelar utilizando un software computacional, no se debe trabajar con la rígidez de la losa fuera de su plano. Lejos de resultar en un diseño más optimo, acercándose a la realidad, quizás disminuyendo las cuantías de vigas y columnas, al asignar a las losas como Shell para analizar el sismo, se introduce varios efectos nocivos para el diseño sismorresistente. Algunos de estos efectos nocivos son: 7.1) Se involucra la contribución de las losas al sistema que provee rigidez y resistencia lateral, reduciendo las derivas (drift de los diferentes pisos) y asumiendo esfuerzos para las cuales en la práctica no son diseñadas. 7.2) Se reducen las fuerzas sobre los elementos que sí deben contribuir a resistir fuerzas laterales, como pueden ser pórticos especiales resistentes a momentos. Esto provoca un diseño inseguro al quedar los elementos sub-armados.
7.3) Finalmente, aunque como ya se ha dicho a lo largo de toda esta explicación, aunque las losas funcionen resistiendo flexión y la modelación con elementos tipo Shell mejora la representación de su comportamiento en la vida real, esto solo debe ser tomado para cargas gravitacionales, ya que la modelación con elementos tipo Shell altera la representación del sistema sismo resistente al involucrar elementos que no son diseñados para ese fin. Comentario final: Finalizando el vídeo se puede apreciar que un ingeniero participante le realiza la aclaración respecto a este tema, y es sorprendente como el autor del video en realidad, no domina el tema en cuestión. La normativa existe, con el fin de respetar sus filosofías de diseño y no ejecutar lo que los ingenieros quieran por querer acercarse más a la realidad. El uso de elementos tipo Shell para modelar losas en el diseño sísmico, es un ejemplo de mal uso del Software ETABS.
Buen vídeo ingeniero. Por favor tengo una interrogante. Si utilizo membrana, ¿es necesario asignar diafragma rígido? o automáticamente el programa ya le asigna un diafragma rígido. Por favor ayúdeme con esto.
Disculpa, la asignación de diafragma rígido se hace para cualquier tipo de elemento que se utilice para modelar una losa o aligerado, eso no tiene nada que ver, lo digo porque cuando usted quiera realizar el análisis sísmico no va a poder obtener la información, como son los desplazamientos, fuerzas, etc, etc. La asignación de diafragma rígido es indistinto del tipo de elemento que use, que el elemento membrana no se deforme no quiere decir que ya tenga la característica de diafragma rígido. Otro punto es que el término de diafragma no solo hace referencia a una losa o aligerado, sino para todo elemento en el que todos los nodos que la contengan se desplacen de la misma forma en conjunto.
Ing. un asaludo cordial y el agradecimiento por tan buenos aportes, una consulta......como se muestra en sus comparaciones entre tipo shell y membrana, el reparto de las cargas hacias las vigas es distinto. segun tengo entendido, esto se debe a que la membrana reaparte las cargas solo en un sentido, por eso se le usa para simular las losas aligeradas unidireccionales. es correcto esto?.....otra consulta, si en lugar de simular el comportamiento de una losa, dibujo la secciion de losa, que si fuera aligarada, seria una seccion de vigas, simulando las vigetas, como vigas "T".
Entendiste mal la explicación, tu cuando asignas una losa o aligerado le puedes dar la dirección que requieras para que trabaje el elemento, sea en una o dos direcciones, y la distribución de las cargas será por el método del sobre (en caso sea en dos direcciones) y si solo es en una dirección tomará el ancho tributario para cada una de las vigas. Con respecto a lo último, puedes trabajarlo de esa forma también, sin embargo yo te recomiendo que lo analices mediante una comparación, recuerda que todo lo que hacemos en el programa es un cálculo aproximado para reflejar la realidad, lo mínimo que debes hacer es plantear dos modelos, con la que usualmente se hace, que es modelar el comportamiento mediante los tipos de elementos y la forma de modelar las viguetas por separado.
Ingeniero Nelson muy agradecido por impartir sus conocimientos, y a la vez felicitarle por su libro...
Me gustaría mencionar algo importante respecto de lo que se trata de informar en el vídeo, considerando que, el autor menciona en varias ocasiones que las losas membrana son "una primera aproximación"; esto no es correcto y es un error que cometen muchos ingenieros incluso con años de experiencia; para realizar una modelación utilizando ETABS, primero es necesario conocer las diferencias entre los distintos tipos de losas, leer los manuales asociados y en última instancia tomar cursos de especialización en este tema (RUclips no basta); para luego poder decidir qué tipo de losa implementar en cada caso, y luego no mencionar que corresponden a aproximaciones, sino a diferentes modelos de análisis que deben ser usados en casos distintos.
Recordando que al final son solo eso, modelos. Dicho esto, me gustaría agregar los comentarios siguientes, algunos de los cuales son extraidos de paper “Modelación de Losas para el Diseño Sísmico de Edificios”, de Ricardo E.Barbosa C. Ph.D y José Joaquín Álvarez E. M.I, el cual puede ser encontrado facilmente en internet.
1) Según la ACI-318-14 en su numeral R18.12.1, menciona que los diafragmas cumplen la función de apoyar los elementos de la edificación, tales como muros, particiones y fachadas, y que, además, resisten fuerzas horizontales, pero NO actúan como parte del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas. A su vez, los diafragmas rígidos transfieren las fuerzas laterales desde el punto de aplicación de estas fuerzas, a los elementos verticales del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas, y finalmente logran interconectar los diferentes componentes del sistema vertical de resistencia ante fuerzas sísmicas con la adecuada resistencia, rigidez y ductilidad de tal manera que la edificación responda de acuerdo con lo buscado en el diseño. Los diafragmas deben diseñarse tal que sean capaces de transferir las fuerzas a los elementos colectores y a los elementos verticales del sistema de resistencia ante fuerzas sísmicas. (No que ellos en sí tengan la capacidad de resistir fuerzas sísmicas, aunque esto puede suceder en la realidad).
2) El uso inapropiado de elementos finitos tipo Shell (Cascarón) para modelar losas de concreto reforzado en el diseño sísmico de edificios se ha extendido recientemente debido en parte a las características de los procedimientos que algunos programas como ETABS usan para distribuir las cargas de gravedad de piso, hacia las vigas y muros de apoyo. En dicho programa, el método usado para distribuir las cargas de piso depende del tipo de elemento usado para modelar las losas. Es cierto que el método implementado para el caso en que las losas se modelan con elementos tipo Shell presenta ventajas en casos generales de geometría compleja y cuando se tienen paneles de losa que no están apoyados en sus cuatro lados, esto viene muy bien para diseñar las losas bajo cargas GRAVITACIONALES. Sin embargo, la idealización de las losas con elementos tipo Shell en el ANÁLISIS SÍSMICO, implica la consideración de que las losas contribuyen a resistir las fuerzas inerciales por flexión fuera de su plano, creando un efecto de pórtico con los muros, lo cual se contradice con las condiciones de diseño que expliqué en el punto 1. La restricción al giro creada por la resistencia a momento de la losa, reduce drásticamente las derivas (Drift) de pisos calculadas y el refuerzo requerido en los elementos verticales del sistema de resistencia sísmica. Para poder contar con esas reducciones, sería necesario asegurar que las losas puedan efectivamente resistir esos momentos y cortantes producidos por el sismo, acorde a las provisiones para diseño sismo resistente, lo cual en la práctica NO es posible.
3) El elemento membrana es un elemento tipo diafragma que solo tiene rigidez en su plano, restringiendo los desplazamientos en el plano U1 y U2 y la rotación alrededor del eje normal R3. El elemento no ofrece restricción al desplazamiento normal U3 ni a las rotaciones R1 ni R2. Las fuerzas internas que resiste el elemento son las fuerzas en el plano F11 y F22 y el cortante en el plano V12, esto permite usarlo como diafragma rígido para el modelado sísmico de la estructura.
Como contraparte, el elemento tipo Cascarón o Shell consiste en la superposición de un elemento tipo membrana y un elemento tipo placa. El elemento posee rigidez en el plano y fuera del plano, ofreciendo restricción en los seis grados de libertad. El elemento resiste fuerzas en el plano F11 y F22, cortante en el plano V12, cortante transversal V12 y V23, momentos de flexión fuera del plano M11 y M22 y momento de torsión fuera del plano M12, esto lo hace idóneo para calcular las cuantías de la losa bajo cargas gravitacionales, no así para modelar la losa como diafragma rígido que solo sirve para transmitir las fuerzas laterales a los elementos que de verdad tienen que resistir las fuerzas producidas por el sismo.
4) Debido a que en el diseño de losas de concreto reforzado no resulta práctico cumplir con los requisitos de diseño sismo resistente para elementos sometidos a flexión por sismo, como estribos de confinamiento, provisiones de cortante, dimensiones mínimas y demás requisitos del Cap. 18 ACI-318-14 (por mencionar esta versión del código), en el diseño sísmico de edificaciones, las losas de piso universalmente se modelan considerando solamente su acción como diafragmas.
5) Unificando los puntos anteriores, el correcto método de modelado, debería utilizar las losas tipo Shell solo para diseñar las losas para cargas gravitacionales, con lo cual, es posible obtener de manera correcta las cuantías de acero de refuerzo a flexión, y las distintas verificaciones que la norma exige. Esto es posible de realizar al momento de correr el modelo, descartando la combinación de cargas sísmicas, es decir, no incluir el caso modal. Una vez diseñada la losa, es posible guardar una copia del documento en ETABS y realizar ahora sí el análisis sísmico, en la copia del modelo, pero cambiando el tipo de elemento losa a usar.
6) Continuando con el caso anterior, si se requiere analizar la componente sísmica, y una vez que ya hayamos diseñado la losa para cargas gravitacionales utilizando elemento Shell, podemos pasar a diseñar los elementos resistentes agregando el caso sísmico. Como estamos trabajando en una copia del modelo, podemos asignar a la losa elemento tipo Membrana, asignar diafragma rígido, y recién ahora empezar el análisis sísmico, ya sea por métodos estáticos o modal espectral. Una vez asignada la losa como Membrana, estamos asegurando que solo va a transmitir rigidez en su plano y, que además, al asignar diafragma rígido, la losa se mueve en su plano como un cuerpo rígido; dicho esto, ahora podemos calcular correctamente las cuantías de acero para vigas, columnas etc., sin preocuparnos de lo que pasa con la losa, porque no nos interesa que transmita rigidez al sistema, ni que soporte las fuerzas sísmicas asociadas y además ya hemos diseñado la losa anteriormente para cargas gravitacionales sin contar el caso sísmico, es decir, ahora solo estamos utilizando la losa para transmitir las fuerzas laterales a los elementos que SÍ deben aportar resistencia sísmica.
7) Recomiendo leer el documento citado al comienzo, además de nunca olvidar que aún cuando en la vida real las losas puedan contribuir a resistir esfuerzos fuera de su plano y eventualmente ayuden a los demás elementos resistentes del sistema a soportar las fuerzas debidas al sismo, al momento de modelar utilizando un software computacional, no se debe trabajar con la rígidez de la losa fuera de su plano. Lejos de resultar en un diseño más optimo, acercándose a la realidad, quizás disminuyendo las cuantías de vigas y columnas, al asignar a las losas como Shell para analizar el sismo, se introduce varios efectos nocivos para el diseño sismorresistente. Algunos de estos efectos nocivos son:
7.1) Se involucra la contribución de las losas al sistema que provee rigidez y resistencia lateral, reduciendo las derivas (drift de los diferentes pisos) y asumiendo esfuerzos para las cuales en la práctica no son diseñadas.
7.2) Se reducen las fuerzas sobre los elementos que sí deben contribuir a resistir fuerzas laterales, como pueden ser pórticos especiales resistentes a momentos. Esto provoca un diseño inseguro al quedar los elementos sub-armados.
7.3) Finalmente, aunque como ya se ha dicho a lo largo de toda esta explicación, aunque las losas funcionen resistiendo flexión y la modelación con elementos tipo Shell mejora la representación de su comportamiento en la vida real, esto solo debe ser tomado para cargas gravitacionales, ya que la modelación con elementos tipo Shell altera la representación del sistema sismo resistente al involucrar elementos que no son diseñados para ese fin.
Comentario final:
Finalizando el vídeo se puede apreciar que un ingeniero participante le realiza la aclaración respecto a este tema, y es sorprendente como el autor del video en realidad, no domina el tema en cuestión. La normativa existe, con el fin de respetar sus filosofías de diseño y no ejecutar lo que los ingenieros quieran por querer acercarse más a la realidad. El uso de elementos tipo Shell para modelar losas en el diseño sísmico, es un ejemplo de mal uso del Software ETABS.
Excelente aporte, gracias
hola amigo, como modelo un entrepiso a base de playrcok de entrepiso en etabs?
Buen aporte colega, su comentario impulsa a investigar mas sobre el tema
Excelente explicación ingeniero. Saludos
13:00 inicio de modelado
Ing por que razón cuando diseño con una losa tipo shell muchas de las vigas fallan por corte y torsión
tal vez solucionaste esa duda?
estoy en las mismas
Yo si tengo pregunta
Buen vídeo ingeniero. Por favor tengo una interrogante. Si utilizo membrana, ¿es necesario asignar diafragma rígido? o automáticamente el programa ya le asigna un diafragma rígido. Por favor ayúdeme con esto.
Disculpa, la asignación de diafragma rígido se hace para cualquier tipo de elemento que se utilice para modelar una losa o aligerado, eso no tiene nada que ver, lo digo porque cuando usted quiera realizar el análisis sísmico no va a poder obtener la información, como son los desplazamientos, fuerzas, etc, etc. La asignación de diafragma rígido es indistinto del tipo de elemento que use, que el elemento membrana no se deforme no quiere decir que ya tenga la característica de diafragma rígido.
Otro punto es que el término de diafragma no solo hace referencia a una losa o aligerado, sino para todo elemento en el que todos los nodos que la contengan se desplacen de la misma forma en conjunto.
@@luistejadamiguel2131 Muchas gracias por su respuesta.
Ing. un asaludo cordial y el agradecimiento por tan buenos aportes, una consulta......como se muestra en sus comparaciones entre tipo shell y membrana, el reparto de las cargas hacias las vigas es distinto. segun tengo entendido, esto se debe a que la membrana reaparte las cargas solo en un sentido, por eso se le usa para simular las losas aligeradas unidireccionales. es correcto esto?.....otra consulta, si en lugar de simular el comportamiento de una losa, dibujo la secciion de losa, que si fuera aligarada, seria una seccion de vigas, simulando las vigetas, como vigas "T".
Entendiste mal la explicación, tu cuando asignas una losa o aligerado le puedes dar la dirección que requieras para que trabaje el elemento, sea en una o dos direcciones, y la distribución de las cargas será por el método del sobre (en caso sea en dos direcciones) y si solo es en una dirección tomará el ancho tributario para cada una de las vigas.
Con respecto a lo último, puedes trabajarlo de esa forma también, sin embargo yo te recomiendo que lo analices mediante una comparación, recuerda que todo lo que hacemos en el programa es un cálculo aproximado para reflejar la realidad, lo mínimo que debes hacer es plantear dos modelos, con la que usualmente se hace, que es modelar el comportamiento mediante los tipos de elementos y la forma de modelar las viguetas por separado.