CYPECAD ¿Cómo hacer que CYPECAD dimensione zapatas con cargas gravitacionales y realice chequeos estructurales con cargas sísmicas?

  • Autor del tema Autor del tema DILMER
  • Fecha de inicio Fecha de inicio

DILMER

Bronce
Haciendo pruebas en CYPECAD, me encontré con la siguiente duda.

Según la tradición para estructuras hiperestáticas, el diseño de zapatas sigue este enfoque:
  1. El dimensionamiento se realiza con cargas gravitacionales (muerta + viva), controlando presiones admisibles, volcamiento, deslizamiento (si aplica) y excentricidades.
  2. Los asentamientos se verifican solo con cargas permanentes, ya que estas generan deformaciones irreversibles.
  3. El sismo se incluye únicamente para chequeos estructurales como cortante, flexión y punzonamiento, pero no para dimensionar, ni verificar estabilidad global de la zapata.
Estoy diseñando una cimentación con zapatas aisladas. Primero dimensiono sin considerar el sismo, y una vez cumple, activo el sismo en CYPECAD. Al hacerlo, el programa lanza el siguiente mensaje:

"Con esta geometría la zapata no está en equilibrio. Deben variarse las dimensiones."

Comprobación


Esto bloquea el proceso de diseño, aunque el dimensionamiento cumple con las cargas gravitacionales.

¿Hay alguna forma de hacer que CYPECAD dimensione solo con las cargas gravitacionales pero realice los chequeos estructurales con las cargas sísmicas, tal como es el procedimiento habitual?

Agradezco cualquier crítica o aporte al respecto.
 
Desde luego, ese enfoque "tradicional" que mencionas, va en contra de lo establecido por las normas y por la lógica.
No puedes esperar que los programas de cálculo lo utilicen.
Recuerda que normas como la española (CTE DB-SE-C) y la europea (EN 1998-5) consideran las comprobaciones del terreno (GEO en terminología europea) también en situación sísmica.

Por cierto, los asientos deberían considerarse con combinaciones de servicio de larga duración (combinaciones ELS cuasipermanentes en terminología europea), que incluyen una parte de las cargas variables (vivas).
 
Y si hablamos del otro lado del charco, las NTC de cimentaciones (México, D. F.) también establecen que la falla del terreno y su deformación deben estudiarse también para las combinaciones II con viento y sismo.
 
@Luiggy, gracias por los aportes, me parecen muy valiosos.
Lo siento, olvidé dar un poco de contexto: el código con el que me rijo es el colombiano (NSR-10 / NSR-98), que en términos de diseño estructural del concreto es prácticamente una copia del ACI 318.
En este marco normativo:
  • El diseño de zapatas aisladas se realiza típicamente con cargas gravitacionales de servicio, controlando presiones, excentricidades y estabilidad.
  • El sismo se considera únicamente para diseños estructurales de la zapata (cortante, flexión, punzonamiento), pero no para dimensionar la zapata ni para verificaciones geotécnicas como capacidad portante o asentamientos.
  • Este enfoque está en línea con el ACI 318, que tampoco obliga a incluir combinaciones sísmicas en las verificaciones geotécnicas.
Por eso preguntaba si había forma de forzar a CYPECAD a seguir el enfoque del ACI-318 / NSR-10, usando solo las combinaciones gravitacionales para el dimensionamiento geotécnico y dejando el sismo únicamente para los chequeos estructurales. buscaba una forma más natural de trabajar con esa lógica.

Agradezco de nuevo los aportes, ya que me ayudan a contrastar enfoques y entender mejor cómo distintas normas abordan este tema y saber qué limitaciones tengo con CYPE.

Esto, además, me ha hecho entender por qué en esta región durante años ha sido muy comentado el tema de que CYPECAD sobredimensiona zapatas, y es simplemente "un mal cruce de criterios entre normas europeas y locales".
 
Realmente ACI 318-08 (en la que se basa NSR-10 C) no habla de comprobaciones relativas al terreno (resistencia, deslizamiento, asientos o vuelco).
 
Tiene toda la razón, como usted bien sabe, el Título C es solo para diseño estructural… por eso no va a decir nada del terreno. Para eso, hay que mirar el Título H (con suerte, algo más aparece por allá).

Creo que a estas alturas ya es claro que en Colombia -y en general en países que siguen la normativa americana- el diseño de zapatas tiene un enfoque distinto al europeo.

Eso explica muchas de las diferencias que surgen al usar CYPECAD, "aunque hay que tener en cuenta que su filosofía es entregar reportes detallados y específicos para cada país".

Mi punto es que esto afecta a miles de profesionales en Colombia y países vecinos que trabajan con un enfoque similar y, lamentablemente, CYPECAD no esta adaptada a esa forma de diseñar.

Por lo menos, debería permitir la activación o desactivación de ciertas comprobaciones por sismo cuando sea necesario, ya que no todas las estructuras se diseñan de la misma manera.
 
Ese enfoque tradicional tiene sentido si esa columna la asumís gravitatoria o secundaria y tenés un sistema primario frente a cargas horizontales formado por muros o pórticos diseñados para tal fin.
En todo caso, definí eso primero, y luego articula las columnas secundarias para que no tomen momento abajo. O prueba definirlas como secundarias de manera que se asigne una rigidez muy baja.
Igualmente, en ese caso debes controlar las derivas de esas columnas secundarias para que tomen el efecto de 2º orden durante el desplazamiento sísmico. Hay casos documentados donde las columnas secundarias fallaron por este motivo.

Pero de nuevo, tienes que tener en orden un sistema que sí resista a sismo...
Y en el caso de pórticos resistente a momento, esas columnas no se articulan abajo, tenés que asumir una rotula plástica diseñar la base con el Mrd mayorado con sobrerresistencia de la columna (no me queda claro si CYPE lo hace, entiendo que no). Ese cálculo aplica ya sea Eurocódigo o ACI. Es diseño por capacidad, donde querés que la estructura disipe la energía en las rótulas que tú adoptaste en tu mecanismo de diseño.
Recuerda también que en zona sísmica hace falta atar las columnas con vigas de atado.
Creo que el Eurocódigo 8.2 dice que si se funda en roca en algunos casos no hace falta, aunque tendría que revisarlo.
 
Entiendo que las cimentaciones de los elementos primarios frente a sismo, incluye el efecto del sismo, ya sea por zapatas o pilotes o losa de cimentación, y tendrán que resistir los estados sísmicos, con los coeficientes que corresponda. Los elementos secundarios frente a sismo, tienen una rigidez muy baja, luego poco va a influir en las cimentaciones.
 
Según la tradición para estructuras hiperestáticas, el diseño de zapatas sigue este enfoque:
  1. El dimensionamiento se realiza con cargas gravitacionales (muerta + viva), controlando presiones admisibles, volcamiento, deslizamiento (si aplica) y excentricidades.
  2. Los asentamientos se verifican solo con cargas permanentes, ya que estas generan deformaciones irreversibles.
  3. El sismo se incluye únicamente para chequeos estructurales como cortante, flexión y punzonamiento, pero no para dimensionar, ni verificar estabilidad global de la zapata.
Esa tradición incumple lo que dice la NSR-10.
La tabla Tabla H.2.4-1 indica los factores de seguridad para la situación de sismo.
H.4.2.2 menciona asentamientos inmediatos, por consolidación, los asentamientos secundarios y los asentamientos por sismo.
H.4.2.1 no dice explícitamente que se calcule la falla con sismo u omitiendo sismo. El punto (e) denota que daban por hecho considerar sismo, supongo que lo vieron tan obvio que ni lo escribieron y solo lo pusieron en H.4.2.2, ya que al tratar de asentamientos podría haber duda.
 
Y en el caso de pórticos resistente a momento, esas columnas no se articulan abajo, tenés que asumir una rotula plástica diseñar la base con el Mrd mayorado con sobrerresistencia de la columna (no me queda claro si CYPE lo hace, entiendo que no). Ese cálculo aplica ya sea Eurocódigo o ACI. Es diseño por capacidad, donde querés que la estructura disipe la energía en las rótulas que tú adoptaste en tu mecanismo de diseño.
Por concretar, en NSR-10:
C.21.12 - Cimentaciones de estructuras asignadas a la capacidad especial de disipación de energía (DES).
 
Soy de Colombia y he diseñado con CYPE, creo que esa opción se deshabilita en el inicio, cuando estás configurando el sismo, ahí salen dos opciones para marcar:
1) Con viento.
2) Con sismo.
Eso solo a la cimentación.
 
@David Chavarro, si eres de Colombia, ¿me puedes confirmar que el dimensionamiento de zapatas solo se hace con cargas de servicio, revisando o controlando presiones admisibles, volcamiento, deslizamiento y excentricidades? ¿Y que el sismo solo lo utilizamos para chequear cortante, flexión y punzonamiento?
 
Caballero @berobreo, me gustaría agradecerle, ya que gracias a la información que me compartió he podido aclarar varios puntos. Considero que tiene toda la razón. Estas prácticas, en muchos casos, parecen responder más a una forma de actuar basada en criterios defensivos -propios de abogados- que al enfoque riguroso y técnico que debería caracterizar a quienes ejercemos la ingeniería como una ciencia. De igual forma, seguiré indagando en el tema.

1) Por otro lado, en la memoria de cálculo de zapatas solo aparecen tablas que afirman si cumple o no cumple. Considero que en este aspecto CYPECAD debería ofrecer mayor transparencia sobre cómo realiza las comprobaciones: qué fórmulas utiliza, cómo las aplica y qué factores intervienen en los cálculos. Esto permitiría a los usuarios tener un mayor control y comprensión del proceso, y no depender únicamente de un resultado final sin mucho contexto técnico claro.

Volteo de la zapata


2) Por último, me gustaría saber cómo puedo definir o incorporar una zapata de contrapeso para una zapata excéntrica dentro de CYPECAD. Agradezco de antemano cualquier orientación que pueda brindarme al respecto, ya que, hasta donde he visto, el programa solo permite asignar zapatas a columnas, y en este caso, al tratarse de una zapata de contrapeso, no hay una columna asociada, lo que me impide modelarla directamente.

Planta de zapata con contrapeso
 
Es tan sencillo como definir un arranque.
Al dimensionar ese conjunto, la zapata-contrapeso tendrá las dimensiones precisas para compensar el axil vertical negativo que se produzca para equilibrar la zapata medianera.
Para estos casos es muy útil considerar el peso de las tierras (incluso la solera) como cargas sobre las zapatas, ya sea aplicándolas directamente o mediante la opción de espesor de tierras sobre las zapatas.
 
Luego, el arranque lo puedes borrar del cuadro de pilares, y en los planos de planta, mediante los recursos de edición poner una nota que diga que es un arranque ficticio para la zapata de contrapeso.
 
También se puede sacar el cuadro de pilares seleccionando todos los elementos excepto los que no se quiera mostrar.
 
Gracias por la orientación. Algo adicional que hice fue colocar un arranque de referencia, luego definir la zapata y, una vez obtenida, eliminar el arranque, dejando el conjunto tal como se va a construir. Esto lo hago buscando mayor claridad al compartir el modelo.
¿Ustedes lo aprueban conociendo a profundidad el software?

Zapata con contrapeso


Zapata con contrapeso


Sin embargo, en ambos casos (con o sin arranque), la zapata de contrapeso sigue saliendo muy grande, a pesar de considerar el peso de la tierra.
No sé si estoy pasando algo por alto, como que en este módulo de zapatas no tenga en cuenta el peso propio de la zapata, o si hay algún otro aspecto específico que se deba tener presente, considerando el funcionamiento y cálculos internos del módulo :confused:
 
Atrás
Arriba Abajo