ASIGNATURA:  ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS I Y TALLER DE ANÁLISIS I      PROGRAMA ACADEMICO:  INGENIERÍA CIVIL      TOTAL ENCUENTROS: 48, 3 SEMANALES, EN TOTAL 84 HORAS

 

Objetivo General: Identificar la forma de trabajo, evaluar estabilidad y  determinar la respuesta global y particular de sistemas estructurales simples, estáticamente determinados, ante la acción de diferentes tipos de cargas como: muertas, vivas y ambientales, determinadas según los métodos propuestos en nuestras Normas de diseño.

 

 

         

 

 

 

 

 

Objetivos específicos

(Relacionados con las habilidades que se incluyen en el contenido de la asignatura)

 

 

 

 

 

Número de

encuentros

(ver nota 1)

 

 

Actividades académicas (horas)

 

 

Trabajo con acompañamiento (horas)

Trabajo independiente

(horas)

 

 

Clase

 

Práctica

 

Evaluación

presencial

 

Práctica en sap2000

Visitas a obras

Tareas

Consultas

Talleres con guías

 

 

Estudio

modelo

1. Identificar los tipos de estructuras, los tipos de elementos, los tipos de acciones, los métodos de diseño y los tipos de fallas a partir del análisis estructural como parte esencial del desarrollo de un proyecto.

8

7

5

2

 

 

4

6

 

2. Verificar las condiciones de estabilidad y determinación estática de una estructura

4

1,8

3,8

1,6

 

 

3

4

 

3. Analizar e identificar el comportamiento de elementos tipo viga, cercha y cable. Concebir y analizar sistemas estáticamente determinados usando como base la unión de estos elementos.  (estructurar).

12

7,2

7,4

2

3,5

3

18

9

 

4. Determinar la respuesta de estructuras estáticamente determinadas ante la acción de cargas móviles.

4

4

2

2

 

 

4

4

10

5. Determinar deflexiones en elementos simples y en sistemas estructurales estáticamente determinados.

13

8,8

13

2

2

 

8

5

 

6. Aplicar las ecuaciones estáticas y las de deflexión para analizar estructuras con un grado de indeterminación  por el método de las fuerzas

4

4,4

4,4

 

 

 

 

6

 

TOTAL DE HORAS

33,2

35,6

9,6

5,5

3

37

34

10

                     Total de horas de trabajo = -----------------------167,9---------           Créditos =  Total de horas de trabajo /48 = ----3,5---------------------------------------------     

 Horas de trabajo con acompañamiento:86,9-    Horas trabajo independiente = 81----- Proporción trabajo independiente / trabajo con acompañamiento: --0,93

Nota 1:  Las clases se planean para hora y media de tiempo efectivo.  Se solicita que la duración real sea de hora y media a hora y cincuenta minutos.

Nota 2: Esta planeación de actividades para el cumplimiento de los objetivos específicos conduce a una planeación para cada clase, que si desea puede incluir desde ahora.

 

Fecha elaboración: Enero de 2006                                    Firma:- María del Pilar Duque U.




ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS I

PLANEACIÓN DE ACTIVIDADES: Encuentro a encuentro

Las actividades complementarias son evaluables y su nota pertenece al taller.

 

OBJETIVO 1: Identificar los tipos de estructuras, los tipos de elementos, los tipos de acciones, los métodos de diseño y los tipos de fallas.

Tema: Fundamentos del análisis estructural, tipos de estructuras, cargas, métodos de diseño y conceptos de falla.

 

ENCUENTRO 1:

Forma: Clase tipo conferencia

Presentación del profesor, objetivo del curso, metodología, la planeación del trabajo independiente, evaluación y bibliografía.

Temas:

Introducción al Análisis Estructural.

Objetivo.

·          Significado del análisis estructural

·          Concepto de estructura

·          Proceso estructural de análisis y diseño

Desarrollo de un proyecto.

·          Planeación

·          Diseño preliminar

·          Evaluación de alternativas

·          Análisis

·          Diseño final

·          Construcción

Descripción de la estructura.

Elementos estructurales

Sistemas estructurales (marcos o pórtico, cercha o armadura, sistemas de piso, sistemas de muros, sistemas combinados, se hace énfasis en los sistemas estructurales definidos en la norma). Presentación de fotos de sistemas estructurales

 

Medio: video beam, tiza tablero

Actividad independiente: En una estructura seleccionada (puede ser por fotos) identificar los diferentes sistemas y elementos estructurales que la conforman. Ejercicio a realizar por parejas. En el siguiente encuentro se comentarán los resultados.

Lecturas recomendadas:

Fundamentos del análisis estructural. Referencia 1.

Capítulo 1 referencias 2,3 y 4.

 

ENCUENTRO 2:

Clase tipo taller y conferencia.

En la primera parte del encuentro se comentan las fotos de estructuras seleccionadas por los estudiantes.

En la segunda parte continua exposición de elementos estructurales y sistemas estructurales.

Materiales: propiedades fundamentales (linealidad)

Tipos de materiales estructurales y sus características mecánicas

Tipos de apoyos y conexiones

Hipótesis e idealización en el análisis, articulaciones vs nudos rígidos, apoyos articulados vs empotramientos.

Medio: video beam, tiza y tablero.

Actividad independiente: Lectura obligatoria capítulo 4 referencia 6. Resolver cuestionario sobre fundamentos del análisis estructural, materiales, elementos y sistemas. (nota en el taller). Se entrega en el encuentro 6.

 

ENCUENTRO 3: Cargas

Clasificación según su modo de aplicación: estáticas y dinámicas.

Clasificación según su origen.

Clasificación según su distribución.

Cargas de la NSR-98 y AASHTO.

Conceptos básicos de cargas dinámicas, ecuación del movimiento para sistemas de un grado de libertad

Determinación y aplicación de los tipos de cargas más comunes en estructuras: cargas muertas, vivas, de sismo, de viento, presiones hidrostáticas, empujes de suelo y fuerzas de temperatura. Combinaciones de carga.

Actividad independiente: Averiguar los pesos específicos o densidades del acero, madera, concreto sin reforzar, concreto reforzado, mampostería, suelo, peso de tejas de asbesto cemento, metálicas y otros materiales comunes en construcción. Ver referencia 10 y catálogos de productores de materiales para construcción.

 

ENCUENTRO 4:

Ejemplos y resolución de ejercicios sobre determinación de cargas en estructuras convencionales.

Actividad independiente: Lectura sobre métodos de diseño, esfuerzos de trabajo, resistencia última y estados límites para realizar un taller y puesta en común.

 

ENCUENTRO 5:

Efecto que produce la temperatura sobre las estructuras

Combinaciones de cargas y colocación de estas para producir efectos máximos

Métodos de diseño: esfuerzos de trabajo, resistencia última, estados límites.

Normas de diseño, NSR-98, LRFD, ACI, Eurocode, UBC, etc.

Concepto de seguridad estructural y falla.

 

Actividad independiente: Continua resolución del cuestionario para entrega en siguiente encuentro.

Estudio individual para evaluación del encuentro 9.

 

ENCUENTRO 6. Trabajo presencial, actividad complementaria 1 sobre determinación de cargas en estructuras. Sistemas de piso.

 

ENCUENTRO 7: Planteamiento de la solución estructural para el techo de una bodega. Este ejercicio servirá de ejemplo en el análisis total de estructuras con elementos tipo viga.

 

*ENCUENTRO 9: EVALUACIÓN. Conceptos del análisis estructural y determinar cargas de diseño en estructuras

 

OBJETIVO 2: Verificar las condiciones de estabilidad y determinación estática de una estructura

 

ENCUENTRO 8: Este tema se desarrollará por medio de ejemplos prácticos en los cuales se analizan las condiciones de equilibrio, se determinan las reacciones utilizando las ecuaciones básicas y las alternas y el método del trabajo virtual. Incluye el análisis completo de la estabilidad de una estructura, el como plantearla para conservar su estabilidad tanto externa como interna.

 

Equilibrio, indeterminación y grados de libertad

1.       Equilibrio y compatibilidad

·          Ecuaciones básicas de equilibrio, cálculo de reacciones, leyes de Newton.

·          Formulación de ecuaciones alternas de equilibrio.

·          Inestabilidad.

 

2.       Determinación e indeterminación

·          Indeterminación estática: externa e interna.

·          Indeterminación cinemática: grados de libertad.

3.       Incógnitas de un sistema estructural: cerchas y marcos.

4.       Comparación de grados de indeterminación estática y cinemática.

5.       Ventajas de las estructuras hiperestáticas

 

ENCUENTRO 10: Cálculo de reacciones por el método del trabajo virtual.

 

El encuentro 9 corresponde a la evaluación de cargas.

 

ENCUENTRO 11: Actividad complementaria No. 2

 

ENCUENTRO 12: Resolución de dudas y evaluación

 

OBJETIVO 3. Analizar e Identificar el comportamiento de elementos tipo viga, cercha y cable, y concebir y analizar sistemas estáticamente determinados usando como base la unión de los tipos de elementos estudiados (estructurar).

 

ENCUENTRO 13:

1.     Análisis de estructuras con elementos tipo viga

·          Diagramas de cuerpo libre, cálculo de reacciones, fuerzas internas; concepto de cortante, carga axial y momento, convención de signos. Los diagramas de momento se dibujan para el lado de tracción.

- Vigas

- Marcos

- Arcos isostáticos

·          Elementos inclinados, nudos y conexiones especiales.

·          Equilibrio interno: Diagramas de cortante y momento flector

 

ENCUENTRO 14 Y 15:

Ejercicios de estructuras con elementos viga: piscinas o tanques, muros de contención, diagramas de esfuerzos internos.

 

ENCUENTRO 16: Ejemplo completo de un pórtico de una bodega. Determinación de cargas provenientes de la cubierta, análisis de fuerzas internas, diagramas

 

ENCUENTRO 17: Modelado de la estructura en el programa SAP2000 y comparación de resultados con el ejemplo resuelto en ENCUENTRO. Cambiar tipos de apoyos e identificar cambios en el comportamiento

 

ENCUENTRO 18. EVALUACIÓN

 

ENCUENTRO 19:

2.     Análisis de Cerchas

·          Estructuras base y ley de formación

·          Tipos de cerchas: para cubiertas y puentes.

·          Terminología para cerchas

·          Análisis Clásico de cerchas: modelado de cerchas, nomenclatura y convención de signos. Cerchas simples, compuestas y complejas.

·          Método de los nudos y formulación matricial.

·          Método de las secciones.

 

ENCUENTRO 20: Ejemplos de cerchas. Trabajo de las diagonales

 

ENCUENTRO 21: Actividad complementaria No. 3. Planteamiento del problema de la cercha de una cubierta para ser resuelto manualmente y por un programa de computo. Se determinarán esfuerzos en los elementos y se comparan con unos esfuerzos máximos permitidos, sino cumple se redimensionan los elementos y se procede a analizar de nuevo.

 

ENCUENTRO 22: Modelado de una estructura cercha en sap2000 cambiando la inclinación de las diagonales. Identificar tracción y compresión cambiando la forma de trabajo de la cercha (una vez cargas arriba y otra con cargas en el cordón inferior).

 

ENCUENTRO 23

3.     Cables

·          Descripción

·          Usos

·          Método de análisis

ENCUENTRO 24: Ejemplos y ejercicios de puentes colgantes y cables para contravientos.

Actividad complementaria No. 4. Trabajo en el modelo a construir para el concurso de puentes

 

PARCIAL:

 

 

OBJETIVO 4: Determinar la respuesta de estructuras estáticamente determinadas ante la acción de cargas móviles.

 

ENCUENTRO 25: FUNDAMENTACIÓN

1.        Análisis por líneas de influencia.

·          Conceptos y efectos de la carga unitaria.

·          Conceptos de influencia efecto

·          Definición de líneas de influencia

·          Propiedades y condiciones

·          Líneas de influencia para estructuras determinadas

 

ENCUENTRO 26: Ejemplos aplicados a vigas simples

 

ENCUENTRO 27: Líneas de influencia para estructuras indeterminadas. Actividad complementaria No. 5

 

ENCUENTRO 28: EVALUACIÓN

 

 

OBJETIVO 5: Determinar deflexiones en elementos simples y en sistemas estructurales estáticamente determinados.

 

ENCUENTRO 29: FUNDAMENTACIÓN:

1.        Relaciones entre fuerzas y desplazamientos

a.          Métodos geométricos

·          teoría de la flexión y ecuación diferencial

·          Método de la integración directa

 

ENCUENTRO 30: Ejemplos de la integración directa, condiciones de frontera

·          Método del área de momentos

·          Método de la viga conjugada

 

ENCUENTRO 31 Y 32: EJERCICIOS RESUELTOS CON LOS MÉTODOS VISTOS

 

ENCUENTRO 33

b.          Métodos de energía

·          Definiciones de trabajo y energía

·          Trabajo real y trabajo real complementario

ENCUENTRO 34 y 35: Ejemplos de trabajo y energía con vigas, marcos y cerchas

 

ENCUENTRO 36: Fundamentación:

·          Trabajo virtual y trabajo virtual complementario

·          Método de la fuerza virtual. Aplicación de las integrales de Mohr.

 

ENCUENTRO 37 y 38: Ejemplos y ejercicios con vigas

 

ENCUENTRO 39: Ejercicios con cerchas

 

ENCUENTRO 40:

·          Teorema de Castigliano. Aplicación para el cálculo de deformaciones

Teorema de deformaciones reciprocas.  Aplicación a líneas de influencia para deformaciones.

 

ENCUENTRO 41: Actividad complementaria No. 6

 

ENCUENTRO 42  EVALUACIÓN

 

 

OBJETIVO 6: Aplicar las ecuaciones estáticas y las de deflexión para analizar estructuras con un grado de indeterminación  por el método de las fuerzas

 

ENCUENTRO 43 FUNDAMENTACIÓN DEL MÉTODO

1.        Introducción a la solución de estructuras estáticamente indeterminadas

·          Definición

·          Métodos de análisis

Método de la flexibilidad

 

ENCUENTRO 44

Aplicación del método a vigas simples

 

ENCUENTRO 45

Ejercicios de aplicación a pórticos y vigas continuas

 

ENCUENTRO 46:

Aplicación a cerchas

 

ENCUENTRO 47: VISITA A OBRA

 

ENCUENTRO 48: ENCUENTRO de recuperación y ejercicios

 

REFERENCIAS

1.       http://estructuras.eia.edu.co/estructurasI/indest1.html

  1. Jeffrey, P. Laible. Análisis Estructural. México. McGraw-Hill editores, 1987.
  2. Hibbeler, R. C. Análisis Estructural. 3ra edición. México. Prentice Hall Hispanoamérica. 1997.
  3. Uribe Escamilla, Jairo. Análisis de Estructuras, Métodos tradicionales. Segunda edición. Bogotá. Editorial Escuela Colombiana de Ingeniería. 2000.
  4. Norris, Charles; Wilbur, Jhon y Utku, Senol. Análisis Elemental de Estructuras. Segunda edición. Bogotá. McGraw-Hill, 1982.
  5. Meli P., Roberto. Diseño estructural. Segunda edición. México. Limusa. 2000.
  6. Timoshenko & Young. Theory of Structures
  7. McCormac, Jack y  Elling, Rudolf. Análisis de estructuras, Métodos clásico y matricial. Segunda edición. México, Alfa Omega grupo editor. 1996.
  8. Hibbeler, R. C. Mecánica de materiales. 3ra Edición. México. Prentice Hall Hispanoamericana. 1998.
  9. Asociación de Ingeniería Sísmica. Normas Colombianas de diseño y construcción sismo resistente, NSR-98. Títulos A y B. Bogotá, 1998.