PROGRAMA DE ASIGNATURA - EIA

 

 

 

NOMBRE DE LA ASIGNATURA

 

ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS II

 

TALLER DE ESTRUCTURAS II

 

DISCIPLINA A LA QUE PERTENECE

 

ESTRUCTURAS

 

PROGRAMA ACADEMICO

 

INGENIERÍA CIVIL

 

PRERREQUISITO(S)

 

ANÁLISIS DE ESTRUCTURAS I

 

CORREQUISITO

 

 

CRÉDITOS :

HORAS CON ACOMPAÑAMIENTO (teóricas y prácticas)

3

Horas con acompañamiento:

Teóricas:37

Prácticas: 51

JUSTIFICACIÓN

El estudiante de ingeniería civil debe desarrollar la capacidad de analizar y reconocer el comportamiento de las estructuras hiperestáticas como herramienta mínima para poder plantear una solución estructural acorde, segura y económica a las obras civiles modernas.

Esta asignatura asegura la fundamentación que en conocimientos previos debe tener el estudiante para abordar la comprensión y el desarrollo de la habilidad del diseño de estructuras en diferentes materiales y bajo la solicitación de diferentes tipos de acciones

 

PROBLEMA

El concepto de equilibrio no es suficiente para el análisis de los sistemas estructurales hiperestáticos. Se requiere conocer las relaciones fundamentales y los métodos de solución conjuntos de las ecuaciones de equilibrio, las de compatibilidad de deformaciones y las de relación fuerza desplazamiento para analizar estructuras hiperestáticas.

 

OBJETO DE ESTUDIO

Sistemas estructurales hiperestáticos

 

OBJETIVO

Al finalizar el curso, el estudiante deberá ser capaz de:

Concebir, identificar el comportamiento y analizar, por diferentes métodos que relacionan las ecuaciones de equilibrio, las ecuaciones de compatibilidad de deformaciones y las leyes constitutivas de los materiales,  sistemas estructurales estáticamente indeterminados que sirvan como  soporte de una obra civil.

Análisis: determinar la respuesta global y particular, de cada uno de los elementos o subsistemas que componen la estructura, ante cargas y efectos externos.

 

CONTENIDO

Sistema de habilidades

·        Calcular deflexiones en sistemas estructurales estáticamente determinados, usando diferentes métodos

·         Analizar estructuras hiperestáticas aplicando métodos aproximados

·         Identificar, en la forma de relacionar las ecuaciones de equilibrio, compatibilidad de deformaciones y las constitutivas del material (relación fuerza-desplazamiento), los métodos básicos de resolución de estructuras estáticamente indeterminadas

·         Analizar estructuras hiperestáticas simples por el método de las flexibilidades

·         Analizar estructuras hiperestáticas simples por las diferentes modalidades del método de rigidez

·         Modelar y analizar edificaciones sometidas a cargas horizontales de sismo

·         Reconocer otros tipos de análisis: plástico, inelástico, con elementos finitos

 

Sistema de conocimientos

 

1. Deformaciones

·        Repaso de las relaciones entre las fuerzas y los desplazamientos: método geométricos y de energía: área de momentos, viga conjugada, energía de deformación, trabajo virtual, segundo teorema de Castigliano.

·        Concepto de flexibilidad

·        Concepto de rigidez

·        Teorema de los desplazamientos recíprocos Maxwell-Betty

 

2. Métodos aproximados para el análisis de estructuras

·        Concepto de equilibrio interno y formulación de rotulas internas en un elemento viga perteneciente a un sistema estructural.

·        Método para el análisis de vigas y pórticos sometidos a carga vertical

·        Métodos para el análisis de pórticos sometidos a carga horizontal: portal y voladizo

·        Métodos para solución de cerchas

 

3. Filosofías de los métodos de análisis

·        Planteamiento de las estrategias básicas de solución de las estructuras estáticamente indeterminadas por la manipulación de las ecuaciones de equilibrio, compatibilidad y de fuerza-desplazamiento.

·        Identificación de grados de libertad

 

4. Método de la flexibilidad o de las fuerzas: coeficientes de flexibilidad, compatibilidad de deformaciones externas con internas, presentación del método por ecuaciones y por matrices

·        Solución de vigas con una redundante

·        Solución de marcos con una redundante

·        Solución de vigas y marcos utilizando el Segundo Teorema de Castigliano

·        Solución de cerchas

·        Estructuras con varias redundantes

 

5. Método de rigidez

·        Enfoque del método aplicado a modelos con resortes

·        Enfoque básico del método con fuerzas aplicadas en los nudos

·        Método de pendiente-deflexión

·        Método de la distribución de momentos

·        Método de rigidez directo

 

6. Simplificación de modelos para análisis sísmicos

·        Características de las fuerzas sísmicas

·        Simplificaciones en la modelación de edificios en sistemas estructurales de pórticos o muros, con losas rígidas

 

7. Conceptos generales del análisis inelástico

·        Comportamiento no lineal e inelástico del material

·        No linealidad por efectos geométricos, efecto P-Δ, métodos simplificados para considerar los efectos de segundo orden.

·        Introducción: conceptos y definiciones generales del análisis por elementos finitos

 

Sistema de valores

El conocimiento y las habilidades de la asignatura cobran valor en la medida que se conciba el análisis como una necesidad para optimizar los recursos sin afectar la seguridad.

En esto se reconocen valores de responsabilidad, solidaridad, respeto.

 

ESTRUCTURA DE LA  ASIGNATURA POR TEMAS

Habilidad del sistema de habilidades de la asignatura

(Objetivos de cada tema)

Tema

Horas con acompa-ñamiento

Horas indepen-dientes

Calcular deflexiones en sistemas estructurales estáticamente determinados por diferentes métodos

Deformaciones

 

9,2

10

Analizar estructuras hiperestáticas aplicando métodos aproximados

Métodos aproximados para el análisis de estructuras

 

11

7

Identificar, en la forma de relacionar las ecuaciones de equilibrio, compatibilidad de deformaciones y las constitutivas del material (relación fuerza-desplazamiento), los métodos básicos de resolución de estructuras estáticamente indeterminadas

Filosofías de los métodos de análisis

1,8

 

Analizar estructuras hiperestáticas simples por el método de las flexibilidades

Método de la flexibilidad

 

11

10

Analizar estructuras hiperestáticas simples por las diferentes modalidades del método de rigidez

 

Método de rigidez

 

45,8

32

Modelar y analizar edificaciones sometidas a cargas horizontales de sismo

Simplificación de modelos para análisis sísmicos

 

5,5

8

Reconocer otros tipos de análisis: plástico, inelástico, con elementos finitos

Conceptos generales del análisis inelástico

 

3,7

4

METODOLOGÍA

 

El procedimiento a seguir en el cumplimiento del objetivo general como en cada uno de los objetivos específicos, consta de las siguientes etapas:

·        Fundamentación: Se formulan las teorías y conceptos básicos del tema a tratar

·        Análisis: Se caracterizan las ecuaciones, se plantean los métodos de solución

·        Aplicación: Se resuelven ejemplos del tema tratado. En lo posible se plantean ejercicios que se resuelven con letras donde se pueda visualizar la relación entre variables como las luces, cargas y geometría con las fuerzas y momentos internos y las deformaciones, esto con el fin de desarrollar el “sentir” del comportamiento de las estructuras.

·        Actividades complementarias: En cada una de las habilidades a desarrollar se propone una actividad que relacione el tema con una aplicación real y que se resuelva tanto manualmente como con la ayuda de un programa especializado (sap2000). En la actividad se comparan resultados y se sacan conclusiones con respecto a la forma como se comporta la estructura en general y cada uno de sus elementos. Las actividades complementarias se programan para un acompañamiento mínimo de dos horas a la semana y un trabajo independiente particular para cada caso, este trabajo corresponde a la asignatura denominada taller de estructuras II.

El método consiste en reuniones donde se plantea magistralmente la fundamentación. Se pasa a la etapa de análisis, en donde se construye, por medio de preguntas, los métodos de solución. En la aplicación se resuelven ejemplos en clase y se plantean talleres y lecturas para trabajo independiente.

Como ruta del aprendizaje se empezará por la formulación de las ecuaciones básicas, de manera general se clasifican los métodos de solución y se procede trabajar con cada uno de estos métodos. El método más sencillo primero (flexibilidad) y por último el método de rigidez, en el cual se trabaja primero con las ecuaciones simples y procedimientos manuales para luego pasar al complejo y de uso general por los programas de análisis de estructuras.

 

SISTEMA DE EVALUACIÓN

Se evaluarán los conocimientos y habilidades específicas por medio de quices individuales. Los quices consisten en solucionar ejercicios relacionados con la habilidad a evaluar. Del ejercicio propuesto se plantean preguntas que determinan los conocimientos de los conceptos.

Evaluaciones y ponderación:

  1. Determinar deflexiones por diferentes métodos 5%
  2. Analizar estructuras hiperestáticas por métodos aproximados, cerchas, vigas y marcos. 6%
  3. Analizar vigas, marcos y cerchas por el método de la flexibilidad. Encontrar reacciones y diagramas de fuerzas internas. 11%
  4. Resolver ejercicios con modelos de resortes por el método de la rigidez. Conocer su fundamentación. Resolver estructuras indeterminadas por el método de pendiente deflexión. Parcial 20%
  5. Resolver vigas y marcos por el método de distribución de momentos. 11%
  6. Plantear la formulación básica del método de rigidez directo. 5%
  7. Describir los métodos de modelación de edificaciones para el análisis por cargas sísmicas. 6%
  8. Trabajo de investigación. 6%
  9. Final 30%

 

BIBLIOGRAFÍA BASICA

 

·        JEFFREY, P. Laible. Análisis Estructural. México. McGraw-Hill editores, 1987.

·        HIBBELER, R. C... Análisis Estructural. 3ra edición. México. Prentice Hall Hispanoamérica. 1997.

·        NORRIS, Charles; WILBUR, Jhon y UTKU, Senol. Análisis Elemental de Estructuras. Segunda edición. Bogotá. McGraw-Hill, 1982.

·        URIBE ESCAMILLA, Jairo. Análisis de Estructuras, Métodos tradicionales. Primera edición. Bogotá. Ediciones Uniandes. 1991. 

·        MCCORMAC, JACK y  ELLING, Rudolf. Análisis de estructuras, Métodos clásico y matricial. Segunda edición. México, Alfa Omega grupo editor. 1996.

·        HIBBELER, R. C. Mecánica de materiales. 3ra Edición. México. Prentice Hall Hispanoamericana. 1998.

 

 

(revistas, páginas web)

·        ASCE, journal of structural engineering

·        Civil Engineering

·        Journal del ACI

·        Concrete international

·        Boletín de sismos

·        Noticreto

 

DIRECCIONES DE INTERNET

 

http://asocreto.org.co  (Asociación colombiana de productores de cemento)

http://icpc.org.co  (Instituto colombiano de productores de cemento. Contiene base de datos referencial de artículos y libros técnicos sobre el área)

http://aci-int.net (Página del instituto americano del concreto)

http://www.etsam.upm.es (Página de la Escuela Técnica superior de arquitectura de Madrid)

 

 

 

FECHA DE ÚLTIMA REVISIÓN: Julio de 2005