UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE INGENIERIA CIVIL ESTATICA. CARÁCTER: Obligatoria DENSIDAD HORARIA HT HP HS THS/SEM

Transcripción

1 UNIVERSIDAD CENTROCCIDENTAL LISANDRO ALVARADO DECANATO DE INGENIERIA CIVIL ESTATICA CARÁCTER: Obligatoria PROGRAMA: Ingeniería Civil DEPARTAMENTO: Ingeniería Estructural CODIGO SEMESTRE DENSIDAD HORARIA HT HP HS THS/SEM PRE-REQUISITO III PROFESOR(ES): Ing. Néstor Guerrero SELLO Y FIRMA AUTORIZADA Página 1 de 14

2 FUNDAMENTACION DEL PROGRAMA DE ESTUDIO La estática es la rama de la mecánica que trata el equilibrio de los cuerpos; es decir, aquellos que están, ya sea en reposo o se mueven con velocidad constante, un estudio adecuado y completo de este tema se requiere para el estudio avanzado de las ciencias físicas involucradas en la ingeniería estructural y el diseño de maquinas. El presente curso persigue como finalidad estimular el interés del estudiante en la mecánica ingenieríl y a su vez le proporcione desarrollar la habilidad de reducir cualquier problema a partir de su descripción física a un modelo o representación simbólico al que pueden aplicarse los principios de la mecánica. Está dirigido a estudiantes del III semestre aporta las herramientas básicas para abordar las siguientes materias: Dinámica (4to semestre), Resistencia de Materiales (5to Semestre) y Ingeniería Estructural I (6to Semestre). DESCRIPCION DEL PROGRAMA Cuerpos rígidos: Sistemas equivalentes de fuerzas. Equilibrio de cuerpos rígidos. Fuerzas distribuidas: centroides y centros de masa. Fuerzas repartidas: Momentos de inercia, Análisis de estructuras. Fuerzas en vigas y pórticos isostáticos. Fuerzas en cables. Razonamiento. Método del trabajo virtual. OBJETIVO GENERAL Analizar el estado de reposo (equilibrio) de los cuerpos rígidos bajo la acción de un sistema de fuerzas externas, con espíritu de raciocinio lógico y sistemático que siempre debe caracterizar a todo profesional de la ingeniería civil. ESTRATEGIAS DE INSTRUCCIÓN En cada unidad el facilitador iniciara las sesiones realizando una exposición del tema y resolverá problemas tipo, de tal forma, que pueda elaborar un procedimiento de análisis según sea el caso, el estudiante resolverá en horas de clase, individual o en grupo, problemas propuestos, con un grado de dificultad que variará en la medida que avance la unidad en estudio. El empleo de recursos audiovisuales tales como: transparencias y/o tutoriales implementados a nivel del computador, son esenciales en el desarrollo de las horas teóricas Página 2 de 14

3 ESTRATEGIAS DE EVALUACION Para obtener información sobre los conocimientos que posee el estudiante para abordar la materia, se plantea efectuar una evaluación escrita el primer día sobre los puntos que relaciona Física I con Estática para realizar ajustes en el dictado del contenido de la primera unidad. Para determinar el nivel de aprendizaje del estudiante se plantean dos tipos de evaluaciones: Evaluaciones parciales. Consiste en cuatro (04) exámenes escritos de 2 o más unidades, valor total 100% aunque no se descarta la aplicación de evaluaciones continuas consistentes en entrega sucesivas de asignaciones por parte del estudiante cuyo valor total no debería exceder el 15 % Página 3 de 14

4 I UNIDAD Equilibrio de Cuerpos Rígidos DURACION Trece (13) Horas UNIDAD EVALUACIÓN 12% OBJETIVO ESPECIFICO Analizar y comprender la situación de un sistema de fuerzas por un sistema equivalente más simple. Analizar las condiciones necesarias y suficientes para el equilibrio de un cuerpo rígido. CONTENIDOS Horas Momento de una fuerza respecto a un eje dado. Definición. 5 Momento de un par. Concepto. Formulación vectorial. Formulación escalar. Representación de pares por vectores. Traslación de una fuerza y un par. Reducción de un sistema de fuerzas a una fuerza y un par. Casos de reducción de un sistema de fuerzas: Fuerzas concurrentes Fuerzas coplanarias Fuerzas paralelas Torsor Condiciones matemáticas para definir el equilibrio de un sólido rígido. 1 Reacciones en apoyo y uniones para estructura bidimensional. 1 Diagrama de cuerpo libre. Concepto. 1 Estabilidad y determinación bidimensional. 1 Equilibrio de un sólido sometido a dos y tres fuerzas. 1 Reacciones en apoyo y uniones para una estructura tridimensional. 1 Equilibrio de un solo en tres dimensiones estabilidad y determinación. 2 BIBLIOGRAFIA Beer Jonson. Mecánica Vectorial para Ingenieros Estática. 4ta., 5ta. y 6ta. Edición. R.C. Hibbeler. Mecánica para Ingenieros Estática. 3era Edición Página 4 de 14

5 II UNIDAD Propiedades Geométricas de Secciones Planas. Momento de 1er Orden. Momento de 2do. Orden o momento de inercia de un área DURACION Veintidós (22) Horas UNIDAD EVALUACIÓN 26% OBJETIVO ESPECIFICO Definir y analizar las propiedades geométricas de figuras planas espaciales. Aplicar el concepto de centro de gravedad a cargas distribuidas en vigas y en el cálculo de fuerzas ejercidas sobre superficies sumergidas. Aplicar valores tabuladores de centro de gravedad y momento de inercia de áreas conocidas en diversos problemas. Derivar el Círculo de Mohr para momentos de inercia. CONTENIDOS Propiedades Geométricas de Secciones Planas. Momento de 1er Orden: Centroides de un cuerpo bidimensional. 5 Teorema de Papus Guldinius. 2 Carga distribuida sobre superficies sumergidas. 1 Centro de gravedad de un cuerpo tridimensional. 2 Momento de 2do. Orden o momento de inercia de un área: Definición matemática. Determinación del momento de inercia de un área por integración. Momento polar de inercia. Radio de giro de un área. Teorema de los ejes paralelos. Teorema de Stener. Teorema de Stener para el radio de giro y el momento polar. Momento de inercia de áreas compuestas producto de inercia. 1 Producto de inercia. 1 Teorema de Stener para el producto de inercia. Ejes principales y momentos principales de inercia. 1 Circulo de Mohr para los momentos. Horas ½ ½ ½ ½ ½ ½ ½ 5½ BIBLIOGRAFIA Beer Jonson. Mecánica Vectorial para Ingenieros Estática. 4ta., 5ta. y 6ta. Edición. R.C. Hibbeler. 3era Edición Página 5 de 14

6 III UNIDAD Análisis de Estructuras DURACION Veinticinco (25) Horas UNIDAD EVALUACIÓN OBJETIVO ESPECIFICO Analizar los diferentes tipos de fuerza existentes en los elementos de una estructura. Clasificar los tipos de estructuras de Ingeniería. Aplicar las condiciones necesarias y suficientes para el equilibrio de cuerpos rígidos. Definir el concepto de fuerza interna. Definir los tipos de fuerzas distribuidas actuantes en una estructura. Deducir las relaciones entre fuerzas externas y las fuerzas internas de una estructura. Realizar y analizar los diagramas de fuerzas internas de los miembros de una estructura. ESTRATEGIA DE ENSEÑANZA CONTENIDOS Fuerza Interiores. 3ra Ley de Newton. Concepto de estructuras. Concepto de cercha. Construcción de estructuras articuladas simples. Hipótesis para el cálculo de las fuerzas en las cerchas simples. Relación entre el número de miembros y número de juntas para formar una cercha simple. Miembros con fuerza cero. Método para analizar cerchas isostáticas. Análisis de una cercha en el espacio. Armadura compuesta Análisis de marcos. Horas BIBLIOGRAFIA Beer Jonson. Mecánica Vectorial para Ingenieros Estática. 4ta., 5ta. y 6ta. Edición. R.C. Hibbeler. Mecánica para Ingenieros Estática. 3era Edición Página 6 de 14

7 IV UNIDAD Fuerzas en vigas y pórticos isostáticos DURACION Ocho (08) Horas UNIDAD EVALUACIÓN 10% OBJETIVO ESPECIFICO Deducir las relaciones existentes entre las cargas externas actuantes, fuerzas internas y la deformada de un cable. Asociar las relaciones existentes entre la fuerza normal y la fuerza de roce. Realizar y analizar los diagramas de fuerzas internas de los miembros de una estructura. ESTRATEGIA DE ENSEÑANZA CONTENIDOS Horas Fuerzas interiores en elementos mecánicos. 8 Concepto de viga y pórtico, Tipos de Cargas. Fuerza cortante y momento flector en vigas y pórticos isostáticos. Relaciones entre la carga y la fuerza cortante y el momento flector. Fuerzas en cable: 7 Concepto general de cable Cables con carga concentradas Cables con cargas distribuidas Fuerzas de Rozamientos: 7 Fuerzas de Rozamientos. Tipos de Rozamientos Leyes de Rozamientos seco. Coeficiente de rozamiento. Angulos de Rozamiento. BIBLIOGRAFIA Beer Jonson. Mecánica Vectorial para Ingenieros Estática. 4ta.y 5ta. Edición. R.C. Hibbeler. Mecánica para Ingenieros Estática. 3era Edición Página 7 de 14

8 V UNIDAD Análisis de Equilibrio y Estabilidad mediante Métodos Energéticos DURACION Doce (12) Horas UNIDAD EVALUACIÓN 18 % OBJETIVO ESPECIFICO Dar a conocer y aplicar algunos métodos energéticos. Definir el concepto de trabajo de fuerza. Demostrar el principio de trabajo virtual. Analizar según los conceptos de energía potencial, los diferentes tipos de equilibrio. ESTRATEGIA DE ENSEÑANZA CONTENIDOS Método de Trabajo Virtual. Trabajo de una fuerza. Trabajo de un par. Trabajo virtual (T.V). Principio de T.V. para una partícula. Principio de T.V. para un cuerpo rígido. Principio de T.V. para un sistema de cuerpo rígido conectados. Trabajo de una fuerza en un desplazamiento finito. Fuerza conservativa. Energía potencial. Criterio de la energía potencial para el EQ. Estabilidad de EQ. Horas BIBLIOGRAFIA R.C. Hibbeler. Mecánica para Ingenieros Estática. 3era Edición Página 8 de 14

9 ESTATICA DE CUERPOS RIGIDOS METODO VECTORIAL METODO ENERGETICOS UNIDAD III UNIDAD IV UNIDAD I UNIDAD II UNIDAD V Página 9 de 14

10 UNIDAD I EQUILIBRIO DE CUERPOS RIGIDOS Reducción de un Sistema de fuerza a un sistema fuerza par. Momento de un sistema de fuerzas respecto a un eje. Reacciones producidas por vínculos y apoyos. Condiciones suficientes y necesarias para el equilibrio. Tipos de Reducción Descomposición de una Fuerza Dada en una Fuerza en un Punto y un Par. Condiciones Matemáticas Condiciones para Estabilidad Momento de un par de fuerza. Pares equivalentes representación vertical Página 10 de 14

11 UNIDAD II PROPIEDADES GEOMETRICAS DE SECCIONES PLANAS CENTRO DE GRAVEDAD MOMENTO DE INERCIA DE SECCIONES PLANAS CENTRO DE UN CUERPO BIDIMENSIONAL CONTROL DE GRAVEDAD DE UN CUERPO 3 D TEOREMA DE LOS EJES PARALELOS MOMENTO DE INERCIA RESPECTO A EJES INCLINADOS APLICACIONES C.G. DE CARGAS DIST. EN VIGAS. TEOREMA DE PAPUS GULDINUS CARGA DIST. SOBRE SUPERF. SUMERGIDAS CALCULO DE MOHE PARA MOMENTOS DE INERCIA Página 11 de 14

12 UNIDAD III ANALISIS DE ESTRUCTURAS Estructuras con Fuerzas En los Extremos Estructuras con Fuerzas En Cualquier Punto MIEMBROS CON SOLO FUERZA AXIAL (CERCHAS) Método de Análisis CABLES FUERZAS CON FUERZA AXIAL, CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR MARCOS RAZONAMIENTO METODOS DE LAS SECCIONES METODO DE LOS NODOS CABLES CON CARGAS CONCENTRADAS CABLES CON CARGAS DISTRIBUIDAS Página 12 de 14

13 UNIDAD IV DIAGRAMA DE FUERZAS INTERNAS RELACION ENTRE LAS CARGAS, FUERZA CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR DIAGRAMA DE FUERZA AXIAL, CORTANTE Y MOMENTO FLECTOR Página 13 de 14

14 UNIDAD V ANALISIS DE EQUILIBRIO Y ESTABILIDAD MEDIANTE METODOS ENERGETICOS METODO DE TRABAJO VIRTUAL METODO DE ENERGIA POTENCIAL GRADOS DE LIBERTAD CENTRO INSTANTANEO DE ROTACION TRABAJO DE UNA FUERZA CONSERVATIVA ESTABILIDAD DEL EQUILIBRIO ESTABLE NEUTRO INESTABLE Página 14 de 14